微电子封装高速电镀工艺初探.docx

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1、微电子封装高速电镀工艺初探李兵林连连Oct,2003.SemiconductorTechnology.Vol.28摘要：随着微电子封装的快速发展，对高速电镀工艺及设备提出了更高的要求，本文对高速电镀工艺及其与各种因素的关系进行讨论并提出应对方法。关键词：微电子封装；高速电镀；工艺1引言集成电路外引线易焊性实施方案通常为热浸锡和电镀锡工艺，随着微电子封装的快速发展，给高速电镀工艺及设备的发展提供了舞台。华润封装于2003年初也引进了新加坡CEM-BL-DP1-6M高速自动电镀线、德国FISCHERXDVM-T7.1WX射线测厚仪、新加坡PYRAMID电镀锡铅药水，现已投入正常生产。2设备简

2、介高速电镀线全长30米，高1.4米，宽1.5米，为条带式上料。包含上料机→电解软化→高压水去飞边→电解活化→电镀→中和→清洗→烘干→下料机→退镀多道工序。各工序之间设置风刀、喷淋清洗，使溶液的带出消耗和串槽污染控制在较低的水平。设备由计算机自动控制。其工作原理为电镀线的主要传送机构为60米长的钢带，钢带上附有弹簧夹，在上料机构作用下，夹住引线框的边筋以一定的速度浸入各工艺槽处理（钢带循环转动）。工艺槽中的处理液由泵从贮槽中抽出注到工艺槽再流回贮槽循环使用。3结果和讨论高速电镀的结构特征给电镀过程的电化学反应带来了什么变化，赋予了哪些特点，我们对此进行了粗浅的研究。3.1搅拌的影响——电镀

3、过程可以表述为阳极、阴极和液相质传三个过程，并且要通过电极表面附近一层极薄的液体层进行。由于溶液的粘滞性，无论流体速度高低变化，其边界速度为零，即意味着总有厚度不等的极薄液体附着在电极的表面，并且对离子的电迁移和浓度扩散过程均产生很大的影响，从而极大地控制电极过程的速度。    高速电镀的突出特点是镀液由泵从贮槽注入到工艺槽，形成强烈的搅拌作用，使扩散薄层厚度大大减少，扩散层中金属离子浓度提高，趋近于溶液主体浓度，有利于高电流密度电镀。例如，挂镀通常21分钟达到的厚度值，高速镀仅需84秒。另一方面，由于溶液从槽底注入，使溶液内部和表面的流速差异较大，表现在引线框上镀层一边厚一边薄，但同一

4、水平位置的镀层厚度几乎相同，这是不同于挂镀的一个特点。图1是引线框镀层测试位置图。表1是不同泵流量对镀量的影响。   电镀工件即引线框被钢带弹簧夹住以一定的速度在镀液中水平移动，形成和溶液的相对运动，从而增加了搅拌的效果。带速提高，虽减少了电镀时间，但阴极效率提高使镀层反而增加。表2为不同带速下的镀层厚度。3.2电流密度的影响——众所周知，烷基磺酸的锡铅电镀在电沉积过程中表现为平衡共沉积，即镀层中锡铅合金成份的质量比等于电解液中金属离子浓度比例。但是，由于搅拌引起的流速差异，造成同一引线框上层和下层位置扩散层厚度的差异，特别表现在低电流、低电压状态下，较负电位的锡（-0.136V）比铅（

5、-0.126V）产生优先沉积，锡铅合金比例会偏高，需要在工艺优化中克服。表3是不同电流下的镀层比例。3.3屏蔽板的影响——屏蔽板升高减少了电力线，相当于削弱了电流密度，使电压下降，会影响Pb的沉积比例，优点是提高了镀层的均匀性。屏蔽板对镀层影响见表4。3.4工艺的优化——上述搅拌、电流、屏蔽的影响会造成某些参数偏差，可以通过优化工艺组合进行调整改善，并对温度、脉冲、各整流器数值分配等进行了试验。通过各项工艺条件的优化组合，形成了较佳的工艺条件。在不同封装形式的电镀加工中，采用自动模式，可以由计算机调整预设的工艺条件针对不同封装形式达到最佳的条件组合。3.5镀层结晶状况——选择了亚光的锡铅

6、合金配方，镀层结晶圆润、细致、绸般连续光滑。老化条件处理后的易焊性良好，结合力强。3.5常见不良情况及对策(见表5)4结束语经过满负荷生产作业，对高速电镀和自动挂镀进行实际比较，可以发现：（1）高速电镀的实际生产速度比自动挂镀高40%以上，而消耗的主要电镀药水相近；（2）在生产环境方面高速电镀线整洁、美观，废水、废气排放干净，可以实现厂房的高密度布线；（3）阳极清洗、槽溶液维护方便；（4）镀层均匀性和金属结晶品质好于挂镀；（5）全部电镀时间（单件）自动挂镀需1小时，高速电镀仅6分钟，减少了半导体产品在各类药水中的浸渍时间，有利于可靠性的提高；（6）不同的封装形式自动挂镀，需要专用挂具，高

7、速电镀只需改变操作程序，时间短、费用省，加工灵活性好。虽然高速电镀比自动挂镀表现出较多的优点，但设备的投资明显高于挂镀设备的投资。总之，高速电镀更切合微电子封装的实际需要，伴随着IC封装技术的进步以及经济发展的步伐，高速电镀设备将会更多地装备到具有实力的封装企业。