集成電路純錫電鍍錫渣錫片問題探討-(職稱評(píng)定修訂3)

1、集成電路純錫電鍍錫渣錫片問題探討部 門： 制造三部 姓 名： 王鋒博 員工編碼： 6761 擬評(píng)職稱： 工程師1級(jí) 集成電路純錫電鍍錫渣錫片問題探討摘要：本文從理論及實(shí)際生產(chǎn)過程分別對(duì)電鍍過程中的錫片和錫渣產(chǎn)生的原因進(jìn)行了討論，并針對(duì)其原因從硬件改進(jìn)和過程控制兩個(gè)方面對(duì)錫片、錫渣提出了改善建議。關(guān)鍵詞：鈍化；錫渣；電鍍The discussion of Solder Splash and Tin Sheet about the Pure Tin PlatingAbstract：This thesis discussed the reasons of the Solder Splash and

2、Tin Sheet about the Pure Tin Plating, and aimed at the reasons, proposed some improvement ideas about the problem from Hardware improvement and process control.Key words:Passivation; Solder splash; Plating一、前言錫是銀白色金屬，無毒、延展性和可焊性好，因而錫鍍層常作為半導(dǎo)體引線腳的保護(hù)劑保證焊接的功能性鍍層。隨著歐盟WEEE和RoHS 指令的頒布和實(shí)施，在過去的幾年中無鉛純錫電鍍已在封裝行業(yè)

3、中廣泛使用。無鉛純錫電鍍由于具有成本低、兼容性好等優(yōu)點(diǎn)，因此成為絕大多數(shù)封裝企業(yè)無鉛化鍍層的首選。但是，經(jīng)過近些年的實(shí)踐應(yīng)用表明，在純錫電鍍中還存在著許多問題需要解決1。由于封裝行業(yè)對(duì)鍍層質(zhì)量的要求越來越高，所以純錫鍍層的質(zhì)量成了封裝電鍍企業(yè)重點(diǎn)關(guān)注的對(duì)象。影響純錫鍍層質(zhì)量的問題主要有：錫晶須（150，1h烘烤預(yù)防）、變色（防變色藥水）、錫渣和錫片等問題。尤其隨著集成電路高集成度、高密度和引線框架的逐步加寬，電鍍線也由以往的掛式電鍍線逐步過渡到高速電鍍線。然而高速電鍍線的錫片、錫渣對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的影響越來越嚴(yán)重。錫渣、錫片在生產(chǎn)過程中很難發(fā)現(xiàn)和控制，一旦粘附的產(chǎn)品上未能發(fā)現(xiàn)就容易造成產(chǎn)品短路，造成

4、很大的損失，因此錫渣、錫片問題亟待解決。二、 錫片、錫渣現(xiàn)象描述：錫渣和錫片是兩種不同的現(xiàn)象，他們的形成原因和表現(xiàn)形式也均不相同，但是他們都會(huì)造成產(chǎn)品引腳之間短路，造成產(chǎn)品電性能失效。（一） 錫渣現(xiàn)象：錫渣是由于電鍍?cè)O(shè)備中一些硬件的設(shè)計(jì)不合理，在生產(chǎn)過程中會(huì)造成一些導(dǎo)電性的顆粒雜質(zhì)掉入鍍液中，形成微小的導(dǎo)電顆粒，這些顆粒粘附到產(chǎn)品上進(jìn)一步電鍍就會(huì)形成細(xì)小的錫渣。通常表現(xiàn)為顆粒狀。（圖片1）圖1 管腳錫渣（二） 錫片現(xiàn)象：錫片主要是由于在高速電鍍生產(chǎn)中的工藝配置及軟件控制方式的不合理，使鋼帶過度鈍化或活化不充分造成的。其主要表現(xiàn)為電鍍后鋼帶起錫皮，錫皮掉了粘附在產(chǎn)品邊框或管腳上。通常表現(xiàn)為片狀（

5、圖片2、3） 圖2 鋼帶上的錫片圖 圖3 粘附在產(chǎn)品上的錫片三、錫渣產(chǎn)生的原因及改善措施電鍍錫渣是指電鍍后殘留在產(chǎn)品引腳上多余的顆粒狀的廢錫，它的存在會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)品引腳之間連接短路，造成產(chǎn)品電性能失效。錫渣一般比較小在生產(chǎn)中不易發(fā)現(xiàn)，具有一定的隱蔽性。造成產(chǎn)品錫渣的根本原因是鍍液中的導(dǎo)電雜質(zhì)離子。導(dǎo)電雜質(zhì)離子的產(chǎn)生主要有以下幾點(diǎn)：（一）電鍍工作槽鍍液翻滾現(xiàn)象由于電鍍線中內(nèi)部上液部位和屏蔽板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問題使鍍槽中鍍液的流速過快，導(dǎo)致鍍槽中鍍液有不平穩(wěn)的翻滾現(xiàn)象，這樣會(huì)將槽體底部沉淀的一些導(dǎo)電雜質(zhì)攪動(dòng)起來懸浮在鍍液中，雜質(zhì)粘附在產(chǎn)品上電鍍就會(huì)形成錫渣。（圖4）圖4 陽(yáng)極袋未將鈦籃包裹對(duì)這種原因造成的錫渣

6、，要求改進(jìn)上液部位和屏蔽板的結(jié)構(gòu)，降低鍍液流動(dòng)速度，保證鍍液的平穩(wěn)流動(dòng)，減少導(dǎo)電雜質(zhì)被沖起的概率。（二） 電鍍槽循環(huán)系統(tǒng)設(shè)計(jì)不合理電鍍液在生產(chǎn)過程中隨著使用時(shí)間的逐漸延長(zhǎng)會(huì)在儲(chǔ)液槽槽子底部和流程槽的底部沉積一定量的沉積物，在這些沉積物中會(huì)夾雜一些導(dǎo)電的雜質(zhì)，如果這些雜質(zhì)被攪起懸浮于鍍液中就有可能粘附到產(chǎn)品上形成錫渣。對(duì)于電鍍線設(shè)備而言，如果鍍槽的循環(huán)管道設(shè)計(jì)不合理，將回流管道的出口設(shè)計(jì)到了循環(huán)泵的附近，那么在藥水回流時(shí)會(huì)在泵的入口處沖擊形成大量氣泡，同時(shí)底部的沉積物會(huì)被沖起來，氣泡表面會(huì)吸附攜帶一些導(dǎo)電的雜質(zhì)吸入泵中，并進(jìn)入電鍍工作槽懸浮在鍍液中，電鍍時(shí)就會(huì)形成錫渣。（圖片5、6）隔板 圖5

7、電鍍槽循環(huán)系統(tǒng)示意圖 圖6 改進(jìn)的電鍍槽循環(huán)系統(tǒng)局部示意圖對(duì)于這種原因造成的錫渣要求在電鍍線設(shè)計(jì)時(shí)將回流管的位置盡量遠(yuǎn)離上液泵的位置，同時(shí)在回流管和上液泵之間增加隔離板將回流管和泵的吸水口隔開，防止回流時(shí)沖起的雜質(zhì)及氣泡進(jìn)入流程槽。（三） 陽(yáng)極袋將鈦籃包裹不嚴(yán)在實(shí)際生產(chǎn)中由于陽(yáng)極袋的設(shè)計(jì)不合理,存在陽(yáng)極袋將鈦籃包裹不嚴(yán)或陽(yáng)極袋在使用過程中滑落無法將鈦籃完全包裹的現(xiàn)象，導(dǎo)致陽(yáng)極雜質(zhì)容易掉入鍍槽中形成導(dǎo)電雜質(zhì)，電鍍后形成錫渣。（圖片7、8）圖7陽(yáng)極袋將鈦籃包裹不嚴(yán) 圖8結(jié)構(gòu)優(yōu)化后的陽(yáng)極袋對(duì)于這種原因造成的錫渣通過對(duì)陽(yáng)極袋結(jié)構(gòu)的優(yōu)化可以避免，一方面要求陽(yáng)極袋的高度要比鈦籃高出1cm以上，另一方面要保

8、證陽(yáng)極袋在使用過程中不滑落。（四） 假片的反復(fù)使用：在實(shí)際生產(chǎn)中為了防止前后兩端產(chǎn)品因?yàn)榧舛朔烹娦?yīng)導(dǎo)致的燒焦現(xiàn)象和達(dá)到生產(chǎn)中分隔不同批次的目的，會(huì)使用到假片。使用過的假片在經(jīng)過去氧化時(shí)上面的錫會(huì)和去氧化藥水中的Cu2+和氧化劑發(fā)生反應(yīng)，當(dāng)再次電鍍時(shí)就會(huì)在假片表面形成錫渣，這些錫片掉落后就有機(jī)會(huì)粘附到產(chǎn)品上形成錫渣。（圖9）圖9 假片反復(fù)使用后表面產(chǎn)生的錫片（五） 整流器輸出設(shè)置不合理電鍍線鍍槽整流器采用的是恒流控制，當(dāng)產(chǎn)品進(jìn)入電鍍槽時(shí)整流器會(huì)根據(jù)進(jìn)入鍍槽的產(chǎn)品數(shù)量輸出電流，所以電鍍槽當(dāng)產(chǎn)品進(jìn)入鍍槽是電流是逐漸增大的。如果電流的實(shí)際增加速度大于產(chǎn)品進(jìn)入鍍槽時(shí)理論電流增加速度。這時(shí)候由于鍍槽中未

9、夾產(chǎn)品部位的鋼帶與鍍液接觸面積較小，電流密度很大，在剛帶上就會(huì)形成燒焦和產(chǎn)生錫渣，這些錫渣掉入鍍槽中粘附在產(chǎn)品上就會(huì)形成產(chǎn)品錫渣。實(shí)際電流的增加速度越快，這種現(xiàn)象越嚴(yán)重。（圖片10）圖10 電流密度大時(shí)在鋼帶上產(chǎn)生的錫渣對(duì)于這種原因?qū)е碌腻a渣需要調(diào)整整流器電流的輸出曲線，確保電流的實(shí)際增加速度與產(chǎn)品進(jìn)入鍍槽時(shí)理論電流增加速度一致。四、錫片產(chǎn)生的原因及改善措施電鍍錫片是指多余的錫片殘留在引線框的邊緣或引腳上，它不僅會(huì)堵塞定位孔，影響切筋工序，還會(huì)造成元器件的短路失效。電鍍錫片主要是由于鍍錫層與鋼帶的結(jié)合力差所造成，一般在連續(xù)高速鍍過程中較為常見2。錫片的產(chǎn)生主要是因?yàn)樵阡搸П砻鏁?huì)形成一層鈍化膜，

10、使鍍層和鋼帶的結(jié)合力下降。電鍍后在產(chǎn)品和鋼帶經(jīng)過吹干時(shí)或在產(chǎn)品下料時(shí)錫片從鋼帶上面剝離下來造成錫片。造成錫片的原因有以下幾點(diǎn)：（一）鋼帶材質(zhì)的影響：電鍍線鋼帶一般使用耐腐蝕的SUS304和F316不銹鋼材料。不銹鋼鈍化的原理可以用薄膜理論解釋為：由于金屬與氧化性介質(zhì)發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，在金屬表面生成一層薄而致密的、覆蓋性良好的、附著力強(qiáng)的氧化物膜層，即鈍化膜。鈍化膜獨(dú)立存在，通常是氧和金屬的化合物，主要成分為CrO3，Cr2O3，F(xiàn)eO及NiO等，它是腐蝕介質(zhì)擴(kuò)散的阻擋層，是不銹鋼耐腐蝕性的基本屏障3。如果材料中的Cr元素超出標(biāo)準(zhǔn)含量，就會(huì)使鋼帶很容易鈍化，形成致密鈍化膜。當(dāng)鈍化較嚴(yán)重超出活化槽的

11、活化能力時(shí)，就會(huì)在電鍍后形成鋼帶掉錫片現(xiàn)象。表1 316不銹鋼化學(xué)成分表規(guī)格CSiMnPSCrNi其他SUS3160.081.002.000.0450.03016.018.010.014.0Mo：23對(duì)于這種情況只能通過調(diào)整鋼帶中的元素成分來改變，但可能會(huì)影響到鋼帶的耐腐蝕性。（二）過程及工藝設(shè)置不合理造成的鋼帶鈍化1 整流器輸出設(shè)置不合理根據(jù)電鍍線程序設(shè)計(jì)，預(yù)浸槽（活化鋼帶，去除鋼帶表面鈍化膜）只有產(chǎn)品通過時(shí)整流器才輸出電流對(duì)鋼帶進(jìn)行活化（不連續(xù)活化），因此在生產(chǎn)過程中當(dāng)設(shè)備停機(jī)、待料或空跑時(shí)鋼帶是不會(huì)被活化的。對(duì)于這種情可以通過修改PLC程序，將預(yù)浸槽整流器的輸出方式由原來的有產(chǎn)品時(shí)才輸出

12、電流（不連續(xù)活化）改為只要鋼帶運(yùn)行時(shí)就有輸出電流（連續(xù)活化），這樣設(shè)備在空跑時(shí)鋼帶就會(huì)被活化，不會(huì)在鋼帶表面形成較厚的鈍化膜。2 生產(chǎn)過程中的長(zhǎng)時(shí)間停機(jī)在實(shí)際生產(chǎn)中由于設(shè)備待料、交接班、設(shè)備維護(hù)等原因會(huì)有較長(zhǎng)時(shí)間的停機(jī)現(xiàn)象，那么鋼帶就會(huì)長(zhǎng)時(shí)間暴露在空氣中會(huì)在鋼帶表面形成較厚的鈍化膜。對(duì)于設(shè)備產(chǎn)時(shí)間停機(jī)的情況，只需要再開機(jī)后多空跑一會(huì)即可將鋼帶活化（一般1圈即可），因?yàn)橹灰搸н\(yùn)行預(yù)浸槽就會(huì)對(duì)鋼帶進(jìn)行活化，等鋼帶充分活化后再生產(chǎn)就不會(huì)出現(xiàn)鋼帶掉錫片現(xiàn)象。3 電解褪鍍電壓設(shè)置偏高另外由于鋼帶在褪鍍槽中做陽(yáng)極，如果褪鍍槽電壓設(shè)置過高會(huì)加劇析氧反應(yīng)，析出的氧氣也會(huì)導(dǎo)致鋼帶快速鈍化。鋼帶過度的鈍化超出活

13、化槽的活化能力，造成鋼帶無法完全活化，就會(huì)形成電鍍后的鋼帶掉錫片現(xiàn)象。4OH- - 4e = O2 + 2H2O對(duì)于這種情況在保證鋼帶褪鍍干凈的情況下應(yīng)盡量將電壓設(shè)置的低一些，一般最好不要超過1.3V。（三）鋼帶活化后電鍍前的再鈍化 在實(shí)際生產(chǎn)中我們做過一些驗(yàn)證。當(dāng)活化方式為不連續(xù)連續(xù)活化時(shí)，將藥水濃度增大、活化時(shí)間延長(zhǎng)來增強(qiáng)對(duì)鋼帶的活化力度，但是還是有錫片現(xiàn)象。原因就是采用了不連續(xù)的活化方式，當(dāng)更換批次設(shè)備空轉(zhuǎn)時(shí)鋼帶不被活化，在鋼帶表面產(chǎn)生了較厚的鈍化膜。相反當(dāng)活化方式為連續(xù)活化時(shí)，即使將藥水濃度降低、活化時(shí)間縮短時(shí)，只要鋼帶被活化后能在6S內(nèi)進(jìn)入鍍槽就不會(huì)有錫片產(chǎn)生，但是如果鋼帶被活化后進(jìn)

14、入鍍槽的時(shí)間超過12.5S，就會(huì)產(chǎn)生錫片。（表2）表2 不同活化工藝條件對(duì)鋼帶錫片的影響方案電壓（V）濃度(g/l)與電鍍槽的距離(mm)活化后到鍍槽時(shí)間（s）活化時(shí)間(s)活化方式結(jié)果13.5200260026.0014.00連續(xù)有錫片23.590260026.0014.00連續(xù)有錫片33.5200125012.506.00連續(xù)有錫片43.590125012.506.00連續(xù)有錫片53.52006006.006.00連續(xù)無錫片63.5906006.006.00連續(xù)無錫片73.5200260026.0014.00不連續(xù)有錫片83.590260026.0014.00不連續(xù)有錫片93.520012

15、5012.506.00不連續(xù)有錫片103.590125012.506.00不連續(xù)有錫片113.52006006.006.00不連續(xù)有錫片123.5906006.006.00不連續(xù)有錫片通過以上實(shí)驗(yàn)可以看出，影響錫片產(chǎn)生的因素主要是鋼帶的活化方式和活化后的到鍍槽的時(shí)間。在連續(xù)活化的前提下，盡量縮短鋼帶活化后到鍍槽的時(shí)間。1.11.2五、總結(jié)：（一）對(duì)于錫渣的控制總之導(dǎo)致錫渣的的原因是多方面的，但歸根到底是鍍液中導(dǎo)電雜質(zhì)的影響。只要不讓導(dǎo)電雜質(zhì)進(jìn)入鍍液或者不讓沉積到鍍槽底層的雜質(zhì)懸浮在鍍液中就不會(huì)造成錫渣，比如對(duì)電鍍槽循環(huán)結(jié)構(gòu)的改善。在保證導(dǎo)電雜質(zhì)不能進(jìn)入鍍液的同時(shí)，還要保證循環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定，盡量不要出現(xiàn)不平穩(wěn)的流動(dòng)現(xiàn)象，這可以通過調(diào)整屏蔽板的結(jié)構(gòu)及鍍液的流動(dòng)速度來控制。（二）對(duì)于錫片的控制：經(jīng)過驗(yàn)證將活化槽的整流器控制方式由原來的不連續(xù)輸出電流，改為連續(xù)輸出電流，對(duì)鋼帶進(jìn)行活化，這個(gè)方法經(jīng)實(shí)際驗(yàn)證效果很明顯。同時(shí)要保證活化槽與電鍍槽之間的距離不能太長(zhǎng)，以確保鋼帶活化后6s內(nèi)能夠進(jìn)入鍍槽，如果時(shí)間過長(zhǎng)鋼帶會(huì)出現(xiàn)二次鈍化現(xiàn)象，會(huì)