集成電路純錫電鍍錫渣錫片問題探討

王鋒博，武愛麗，劉紅波

（天水華天科技股份有限公司，甘肅 天水 741000）

集成電路純錫電鍍錫渣錫片問題探討

王鋒博，武愛麗，劉紅波

（天水華天科技股份有限公司，甘肅 天水 741000）

純錫電鍍過程中產品產生的錫片、錫渣是經常會遇到的問題，由于錫片、錫渣的產生是隨機的且體積較小、外觀顏色和鍍層相近，因此生產過程中較難發現；同時錫片和錫渣的存在會造成產品的短路和電性能不良，使用過程中會造成電路燒壞和功能不穩定等問題；結合理論及實際生產過程分別對純錫電鍍過程中的錫片和錫渣產生的原因進行了討論，并針對其原因從硬件升級和過程控制兩個方面對錫片、錫渣問題的解決提出了改善建議。

鈍化；錫渣；電鍍

錫是銀白色金屬，無毒、延展性和可焊性好，因而錫鍍層經常被鍍覆在半導體引線腳的表層用以保證焊接的功能性鍍層。無鉛純錫電鍍由于具有成本低、兼容性好等優點，因此成為絕大多數封裝企業無鉛化鍍層的首選，隨著歐盟WEEE和 RoHS指令的頒布和實施，在過去的幾年中無鉛純錫電鍍已在封裝行業中被廣泛使用。但是，經過近些年的實踐應用表明，在純錫電鍍中還存在著許多問題需要解決［1］。由于封裝行業對鍍層質量的要求越來越高，所以純錫鍍層的質量成了封裝

1　錫渣產生的原因及改善措施

1.1鍍液中導電雜質污染

由于電鍍設備中一些硬件的設計不合理，在生產過程中會造成一些導電性的顆粒雜質掉入鍍液中，形成微小的導電顆粒，這些顆粒粘附到產品上進一步電鍍就會形成細小的錫渣，具體如圖1所示。錫渣產生的原因及改善措施具體有以下幾種情況。

圖1　管腳上粘附有錫渣

1.1.1陽極袋將鈦籃包裹不嚴

在實際生產中由于陽極袋的設計不合理，存在陽極袋將鈦籃包裹不嚴或陽極袋在使用過程中滑落無法將鈦籃完全包裹的現象，導致陽極雜質容易掉入鍍槽中形成導電雜質，電鍍后形成錫渣，如圖2所示。

對于這種原因造成的錫渣通過對陽極結構的優化可以避免，一方面要把陽極袋的高度要比鈦籃高出1 cm以上，另一方面要保證陽極袋在使用過程中不滑落，結構優化后的陽極袋如圖3所示。

圖2　陽極袋將鈦籃包裹不嚴

圖3　結構優化后的陽極袋

1.1.2電鍍槽循環系統設計不合理

電鍍液在生產過程中隨著使用時間的逐漸延長會在儲液槽底部或流程槽的底部沉積一定量的沉積物，在這些沉積物中會夾雜一些導電的雜質，如果這些雜質被攪起懸浮于鍍液中就有可能粘附到產品上形成錫渣。對于電鍍線設備而言，鍍槽的循環管道設計不合理，如圖4所示，回流管道的出口被設計到了循環泵的附近，那么在藥水回流時會在泵的入口處沖擊形成大量氣泡，同時底部的沉積物會被沖起，氣泡表面會吸附攜帶一些導電的雜質吸入泵中，并進入電鍍工作槽懸浮在鍍液中，電鍍時形成錫渣。

圖4　電鍍槽循環系統示意圖圖

如圖5所示，對于這種原因造成的錫渣要求在電鍍線設計時將回流管的位置盡量遠離上液泵的位置，同時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，防止回流時沖起的雜質及氣泡進入流程槽。

圖5　改進的電鍍槽循環系統局部示意圖

1.1.3電鍍工作槽鍍液翻滾現象

電鍍線內部上液部位和屏蔽板結構如果設計不合理，會使鍍槽中鍍液的流速過快，導致鍍槽中的鍍液產生翻滾現象，這樣會將槽體底部沉淀的一些導電雜質攪動起來懸浮在鍍液中，雜質粘附在產品上在電鍍時就會形成錫渣，如圖6所示。

圖6　陽極袋未將鈦籃包裹

對這種原因造成的錫渣問題，應改進上液部位和屏蔽板的結構，降低鍍液流動速度，保證鍍液的平穩流動，減少導電雜質被沖起的幾率。

1.2整流器輸出設置不合理

電鍍線鍍槽整流器采用的是恒流控制，當產品進入電鍍槽時整流器會根據進入鍍槽的產品數量輸出電流，所以當產品進入鍍槽時電鍍槽中的電流是逐漸增大的。如果電流的實際增加速度大于產品進入鍍槽時的理論電流增加速度。這時候由于鍍槽中未夾產品部位的鋼帶與鍍液接觸面積較小，電流密度很大，在剛帶上就會形成燒焦產生雜質，這些雜質掉入鍍槽中粘附在產品上就會形成產品錫渣，如圖7所示，實際電流的增加速度越快，這種現象越嚴重。

圖7　電流密度大時在鋼帶上產生的錫渣

對于這種原因導致的錫渣，需要調整整流器電流的輸出曲線，確保電流的實際增加速度與產品進入鍍槽時理論電流增加速度一致。

1.3假片的反復使用

在實際生產中為了分隔不同批次，以及避免前后兩端產品因為尖端放電效應導致產生的燒焦現象，會使用到假片。使用過的假片在經過去氧化時假片上的錫會和去氧化藥水中的Cu2+和氧化劑發生反應，當再次電鍍時就會在假片表面形成錫片，這些錫片掉落后就有機會粘附到產品上形成錫渣，如圖8所示，這也是產生錫渣的原因之一，解決辦法是盡量避免假片的重復使用。

圖8　假片反復使用后表面產生的錫片

2　錫片產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，它不僅會堵塞定位孔，影響切筋工序，還會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合力差所造成，一般在連續高速鍍過程中較為常見［2］。錫片的產生主要是因為在鋼帶表面會形成一層鈍化膜，使鍍層和鋼帶的結合力下降。電鍍后在產品和鋼帶經過吹干時或在產品下料時錫片從鋼帶上面剝離下來造成錫片，如圖9、圖10所示。造成錫片的原因和改善措施有以下幾點。

圖9　鋼帶上的錫片

圖10　粘附在產品上的錫片

2.1鋼帶材質的影響

電鍍線鋼帶一般使用耐腐蝕的SUS304和F316不銹鋼材料（見表1）。不銹鋼鈍化的原理可以用薄膜理論解釋，由于金屬與氧化性介質發生電化學反應，在金屬表面生成一層薄而致密、覆蓋性良好、附著力強的氧化物膜層，即鈍化膜。鈍化膜獨立存在，通常是氧和金屬的化合物，主要成分為CrO3，Cr2O3，FeO及NiO等，它是腐蝕介質擴散的阻擋層，是不銹鋼耐腐蝕性的基本屏障［3］。如果材料中的Cr元素超出標準含量，就會使鋼帶很容易鈍化，形成致密鈍化膜。當鈍化較嚴重，超出活化槽的活化能力時，就會在電鍍后形成鋼帶掉錫片現象。

表1　316不銹鋼化學成分表

對于這種情況只能通過調整鋼帶中的元素成分來改變。

2.2過程及工藝設置不當造成的鋼帶鈍化

根據電鍍線程序設計，預浸槽（活化鋼帶，去除鋼帶表面鈍化膜）只有產品通過時整流器才輸出電流對鋼帶進行活化（不連續活化），因此在生產過程中當設備停機、待料或空跑時鋼帶是不會被活化的。對長時間暴露在空氣中的鋼帶會很快在鋼帶表面形成較厚的鈍化膜。另外由于鋼帶在褪鍍槽中做陽極，如果褪鍍槽電壓設置過高會加劇析氧反應，析出的氧氣也會導致鋼帶快速鈍化。鋼帶過度的鈍化超出活化槽的活化能力，造成鋼帶無法完全活化，就會形成電鍍后的鋼帶掉錫片現象。

對第一種情況可以通過修改PLC程序，將預浸槽整流器的輸出方式由原來的有產品時才輸出電流（不連續活化）改為只要鋼帶運行時就有輸出電流（連續活化），這樣設備在空跑時鋼帶就會被活化，不會在鋼帶表面形成較厚的鈍化膜。對于設備產時間停機的情況只需要再開機多空跑一會即可將鋼帶活化（一般1圈即可），因為只要鋼帶運行預浸槽就會對鋼帶進行活化。對于褪鍍槽在保證鋼帶褪鍍干凈的情況下盡量將電壓設置的低一些，一般最好不要超過1.3 V。

2.3鋼帶活化后電鍍前的再鈍化

在實際生產中我們做過一些驗證。當活化方式為不連續活化時，將藥水濃度增大、活化時間延長來增強對鋼帶的活化力度，但是還是有錫片現象。原因就是采用了不連續的活化方式，當更換批次設備空轉時鋼帶不被活化，在鋼帶表面產生了較厚的鈍化膜。相反當活化方式為連續活化時，即使將藥水濃度降低、活化時間縮短時，只要鋼帶被活化后能在6 s內進入鍍槽就不會有錫片產生，但是如果鋼帶被活化后進入鍍槽的時間超過12.5 s，就會產生錫片（見表2）。

通過以上實驗可以看出，影響錫片產生的因素主要是鋼帶的活化方式和活化后的到鍍槽的時間。在連續活化的前提下，盡量縮短鋼帶活化后到鍍槽的時間。

表2　不同活化工藝條件對鋼帶錫片的影響

4　總結

4.1對于錫渣的控制

總之導致錫渣的的原因是多方面的，但歸根到底是鍍液中導電雜質的影響。在日常生產中要經常檢查陽極袋是否完好，在日常使用過程中是否有陽極袋松動掉落現象，同時要確認陽極邊緣是否高于鍍液液面。另外電鍍槽循環系統的結構，回流口的位置要盡量離泵的位置遠一些，防止沉積到鍍槽底層的雜質被吸入泵中。其次還要保證循環系統的穩定，注意調節流量，渡槽流程槽中不要出現不平穩的流動現象。

4.2對于錫片的控制

經過驗證將活化槽的整流器控制方式由原來的不連續輸出電流，改為連續輸出電流，對鋼帶進行活化，這個方法經實際驗證效果很明顯。同時要保證活化槽與電鍍槽之間的距離不能太長，以確保鋼帶活化后6s內能夠進入鍍槽，如果時間過長鋼帶會出現二次鈍化現象，會導致鋼帶錫片的產生。最后對于在實際生產過程中的長時間停機現象，會使鋼帶長時間暴露于空氣中嚴重鈍化，那么在生產前先將鋼帶充分活化后再生產。

［1］ 賀巖峰，王鶴坤，劉鶴，孫紅旗.基體表面性質對引線框架上無鉛鍍層的影響［J］.電鍍與環保，2011，31（2）：15-17.

［2］ 徐浩.電子封裝中電鍍常見缺陷原因分析［J］.電鍍與涂飾，2008，27（8）：21-23.

［3］ 林澤泉，郭志，林斌，劉爽，張磊，韓留紅，高玉柱.核電廠不銹鋼設備電化學鈍化技術［J］.腐蝕與防護，2013.34，（8）：605-612

王鋒博，（1985年-），男，陜西渭南人，2009年畢業于西北農林科技大學理學院應用化學專業，現就職于天水華天科技股份有限公司，從事集成電路封裝技術工作。

Discussion for IC Tin Residue and Sheet Issues During Pure Tin Plating Process

WANG Fengbo，WU Aili，LiU Hongbo

（Tianshui Huatian Technology Co.，Ltd，Tianshui 741000，China）

Tin residue and sheetis a frequent issue during pure tin plating process.Because of tin residue and sheet have the similar color totin layer and have avery small body，so it is difficult to be discovered.At the same time，tin residue and sheet can lead to short and electrical property unstable. This thesis discussed the reasons of tin residue and sheet issues during the Pure Tin Plating process，and aimed at the reasons，proposed some improvement ideas about the problem from hardware improvement and process control.

Passivation；Tin residue and sheet；Plating

TN405

B

1004-4507（2016）08-0015-05

2016-06-29電鍍企業重點關注的對象。影響純錫鍍層質量的問題主要有：錫晶須、變色、鍍液渾濁、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、錫渣對產品質量的影響越來越嚴重。錫渣、錫片在生產過程中很難發現和控制，一旦粘附在產品上未能發現就容易造成產品短路，造成很大的損失，因此錫渣、錫片問題亟待解決。