半導(dǎo)體封裝電鍍純錫回流變色初探

楊一伍, 張立軍

(蘇州大學(xué)電子信息學(xué)院,江蘇,蘇州 215021）

半導(dǎo)體封裝電鍍純錫回流變色初探

楊一伍, 張立軍

(蘇州大學(xué)電子信息學(xué)院,江蘇,蘇州 215021）

0 前言

近年來,隨著電子科技產(chǎn)品的小型化及便攜化的推進(jìn),半導(dǎo)體貼片器件因體積小、功能多、成本低,得到業(yè)界廣泛認(rèn)同和接受。但隨之也出現(xiàn)一些新的問題,其中最為典型的是半導(dǎo)體貼片器件在封裝制程電鍍純錫后,做高溫回流焊時(shí)鍍層易變色。引起純錫鍍層高溫回流焊變色的主要原因有:電鍍工藝的去氧化不佳,純錫鍍層偏薄,電鍍純錫后高溫回流焊保護(hù)措施及Reflow環(huán)境不佳等。

1 去氧化工藝

1.1 鍍錫前的表面去氧化工藝

半導(dǎo)體貼片器件在電鍍純錫前,需經(jīng)過1道去氧化工序。對(duì)于半導(dǎo)體貼片器件的裸銅框架或鐵-鎳、鍍銀框架,在電鍍前需選用匹配的去氧化藥水及合適的濃度來徹底去除貼片器件框架上的氧化皮,確保電鍍純錫后框架與鍍錫層結(jié)合良好。如去氧化藥水不匹配或者濃度不合適會(huì)造成框架基體與鍍錫層結(jié)合不好,導(dǎo)致半導(dǎo)體貼片器件在做高溫回流焊時(shí)引起錫層變色,焊接不良。

1.2 預(yù)防改善措施

(1）選用匹配的去氧化藥水,裸銅框架用合適的銅材去氧化;鐵-鎳、鍍銀框架用合適的鋼鐵去氧化,而且銅去氧化和鐵-鎳去氧化必須分開處理,避免置換。

(2）使用濃度合適的去氧化液,濃度過高,框架基體過腐蝕;過低,框架基體上的氧化皮未去干凈,影響可焊性。

圖1為氧化鍍層的SEM形貌。由圖1可知:去氧化過度,會(huì)增加鍍層表面的粗糙度及鍍層的孔隙率,所以較容易變色;同時(shí)由于鍍層表面粗糙、孔隙率高,電鍍后清洗的難度也相應(yīng)增加,如清洗不徹底,則會(huì)加速鍍錫層的變色。

圖1 氧化鍍層的SEM形貌

2 鍍錫層厚度

2.1 鍍錫層厚度對(duì)變色的影響

常規(guī)的鍍錫層厚度一般在5μm左右,但半導(dǎo)體貼片器件鍍錫層厚度應(yīng)在10～15μm為佳。若其厚度低于10μm,則通過高溫回流焊時(shí),鍍錫層從框架基體上流走從而引起錫層變色,焊接不良;若過厚,則通過高溫回流焊時(shí)產(chǎn)生聚錫現(xiàn)象,使其變色。

2.2 預(yù)防改善措施

(1）電鍍時(shí),鍍錫層厚度控制在10～15μm之間。

(2）產(chǎn)品通過高溫回流焊試驗(yàn)后,鍍錫層控制在5μm以上。

3 電鍍純錫后高溫防變色的保護(hù)工藝

3.1 鍍純錫后的高溫防變色處理

通常半導(dǎo)體貼片器件電鍍后都是采用簡(jiǎn)單的堿性中和處理,這種方式處理后的貼片器件通過高溫回流焊時(shí)都會(huì)變色。改進(jìn)的工藝為:鍍錫層在電鍍后通過防高溫變色藥水處理10～90 s,使其表面有一層高溫保護(hù)膜,在過高溫回流焊時(shí)鍍錫層不變色。

3.2 預(yù)防改善措施

(1）使用含磷的堿性中和液(V磷酸鉀∶V磷酸鈉=4∶1）,其質(zhì)量濃度為40～60 g/L。

(2）可買市場(chǎng)上的高溫防變色劑,一般控制其質(zhì)量分?jǐn)?shù)在5%～25%,時(shí)間在10～90 s。具體的質(zhì)量分?jǐn)?shù)可根據(jù)浸泡時(shí)間而定,時(shí)間長(zhǎng),其質(zhì)量分?jǐn)?shù)可以低,時(shí)間短,其質(zhì)量分?jǐn)?shù)可以高。

4 Reflow制程環(huán)境

純錫易生成SnO和SnO2,隨著溫度及時(shí)間的增加,氧化膜持續(xù)增厚,外觀顏色加深。氧化速率與溫度、氧的濃度及錫晶粒大小(晶粒愈細(xì),反應(yīng)愈快）有關(guān),在高溫熔融時(shí)氧化速率更是常溫的數(shù)倍。但在Reflow制程中,使用氮?dú)饪蓽p小回流氣氛中氧的濃度,從而防止鍍層因氧化而變色。

5 結(jié)論

預(yù)防改善半導(dǎo)體貼片器件純錫鍍層高溫回流焊變色的措施為:(1）選用濃度適當(dāng)且適合具體基材的去氧化藥水處理;(2）嚴(yán)格控制回流焊前的鍍錫層厚度在10～15μm之間;(3）工件鍍錫后棄用簡(jiǎn)單的堿性中和處理,改用含磷的堿性中和液或采用專用的防高溫變色劑處理;(4）高溫回流焊在氮?dú)獗Ｗo(hù)的氛圍中進(jìn)行。

TQ 153

B

1000-4742(2011）05-0048-02

2011-01-18