IC引线框架电镀工艺及设备

admin2783104 admin2783104 | 时间:2017-6-14 15:48:20 | 0 views
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  IC引线框架电镀工艺及设备_电子/电_工程科技_专业资料。维普资讯 制造工艺与设备 ? ?电 字 工 业 专 用 设 备■ I C引线框 架 电镀 工艺及设备景璀, 赵晓明 ( 中 国电

  维普资讯 制造工艺与设备 ? ?电 字 工 业 专 用 设 备■ I C引线框 架 电镀 工艺及设备景璀, 赵晓明 ( 中 国电子科技 集 团公 司第二 研 究所 , 山西 太原 0 3 0 0 2 4 ) 摘 要 : 概 述 了用 于 I C 引 线 框 架 电 镀 的 几 种 主 要 生 产 线 。 介 绍 了 引 线 框 架 镀 Ag工 艺 技 术 及其特点 . I C 引线框 架 电镀 生产 线 的组 成 和 工 作 原 理 , 指 出了I C 引线 框 架 电镀 生 产 线 的 良好 市场前景。 关键 词 : 引线框 架 ; 电镀 ; I C 中图分 类号 : T N3 0 5 . 9 3 文献 标识 码 : A 文 章编 号 : 1 0 0 4 — 4 5 0 7 ( 2 0 0 8 ) 0 5 — 0 0 2 4 — 0 4 I C Le a d F r a me El e c t r o p l a t i n g Te c h n i c s a n d Eq u i p me n t J I NG Cu i ZHAO Xi a o— mi n g ( T h e 2 n d Re s e a r c h I n s t i t u t e o f CE TC, T a i y u a n 0 3 0 0 2 4 , Ch i n a ) Ab s t r a c t :T h e a r t i c l e s u mma r i z e s s o me k i n d s o f p l a t i n g l i n e i n I C l e a d la f me , ma i n l y i n t r o d u c e s t h e s i l — ve r e l e c t r o pl a t i n g t e c h ni c s a n d c h a r a c t e is r t i c , t h e la f me a n d o pe r a t i ng pr in c i pl e of I C l e a d la f me pl a t i n g l i ne a n d i n di c a t e t h e a pp r o ve d ma r k e t p r o s p e c t . Ke y wo r d s :Le a d f r a me ; El e c t r o pl a t i n g ;I C1 引 言要生产 一个 集成 电元件 , 除 了需要 I C芯 片外对 引线框架 的设 计和制 造提 出 了新 的要求 。在 集成电 元件 的生产 制造过 程 中, 引线 框架 给 I c芯片提供 了支撑 的基座 , 并提 供焊接 的 引线及导 脚 。 为 了保 证封 装 工 艺 中的 装片 /键 合 性 能 , 使 芯 片和 金 丝 与 引线框 架 形 成 良好 的扩 散焊 接 , 引线框 架 的装 片 /键 合 区域 ( 内引线 脚上 和 小 岛)一般要 求 压 印, 然 后 在上 面 镀银 。引线 框 架上 的镀 银 层 为 功 能性 镀层 , 镀 层 的 可焊 性 、 导 电性 、 位 置 均有 严格 的要 求 ; 镀件尺寸小, 批 量大 , 要 求采 用 低 成 本 、 高 效 率 的 电镀 生 产方 式 。 还需要 引线 框架 、 粘 接胶 、 金丝 、 塑封材 料等 , 经 多道工序 才能完 成 。 其 中, 引线框 架 的主要功 能是 为芯片提供 机械支 撑载 体 , 并 作为导 电介质 连接 I C外 部 电, 传送 电信 号 , 以及 与封 装材 料 一起 , 向外 散 发芯 片工 作 时产生 的 热量 ,成 为 I C 中一 个 关键 的 零部 件。 封装 用 引线框架 是极 为精密 的零部件 , 随着 引线 框架 的 引脚 数不 断增加 , 引线 宽度和 间距 不断减 小 , 收 稿 日期 : 2 0 0 8 — 0 4 — 2 5 作 者简 介 : 景璀 ( 1 9 6 4 一 ) , 男, 山西 太 原 人 , 1 9 8 7年 毕业 于 沈 阳 工业 大学 , 本科 , 工学学士, 现从 事 电子 专 用 设 备 的研 发 工 作 。 维普资讯 : 骨 电 子 工 业 毫 用 设 蚤?制造工艺与设备 ? 2 生 产 线 的基 本 类 型引线框架的生产全流程简化为 : 铜 带 冲模 一 上 电镀 线 一 前 处 理 一 镀 银 一 后 处 理 一 下 电镀 线 一切 断 一 分选 一 打 凹一 封装 厂在 电镀 线 部分 ,不 同产 品对 镀 层 要 求 不 同 , 其 工 艺流 程排 布 也 有所 不 同 ,不 过基 本 过 程 一致 , 都的 部 分 则 基 本 未 镀 上 。此 种 设 备 被 广 泛 用 于 I C、 S O T塑封 引线框 架 的局 部 镀镍 , 也用 于 接插 件 的 局 部镀金。 3 引 线 框 架 镀 Ag的 工 艺 及 镀 层 特 点为 了达 到 与 芯 片 、 线 板 等 的互 联 , 引 线 框 架内腿 要求 与 金 线 具有 键 合性 , 这项 功 能通过 电镀 来 完 成 。考 虑 到 生产 等 因素 , 一般都采用镀 A g的 方 法 。与 一般 装 饰性 镀 Ag相 比 , 引线 框 架 功 能 性 镀A g有它 的特 殊 地 方 。 需经 过 去油 、 活化 、 电镀 、 清洗、 烘干 等工 序 。 根 据 工 件类 型 的不 同 , 生 产线 分为 : “ 卷 对卷 式 ” 一一将 根 据 I C 的功 能设 计 要 求 冲制 成 的铜 带 卷 制成 轮 盘 上下 线 ; “ 片 式 ”一 一有 些 引线 框 架较 厚或 者 引脚腿 细 小, 用卷 式 电镀 易 变 形 , 一 般 是先 冲 制 成 片式 , 再 局 部 单 面镀 银 。此种 设 备 国 内较 少 , 其 电镀 基 本 原 理 与“ 卷 对 卷式 ” 相近 , 只 是 传送 机 构 上有 所 不 同。 根 据 电镀位 置 控 制 方 法 的不 同, 生 产 线 可 分 为 浸镀、 轮镀、 压 板式 喷 镀等 类 型 。 2 . 1 卷 对 卷 式 连 续 全 浸 镀 生 产 线 引线框 架 的电镀 工 艺 流程 及 特点由于 I C 芯片 的焊 接 、封 装 等 生产 过 程 都 采用 全 自动 大 规 模 生产 技 术 , 因此 , 对于 I C引线 框 架 的镀 层质 量 也 提 出 了很高 的要求 。 每 批框 架 的镀 层 厚 度、 均匀性、 硬度 、 光 亮 度 都 要 相 当一 致 , 不 可 忽 高 忽低, 且 电镀 区也 要控 制 的非 常好 。若 用一 般 的 电镀方法 , 难 以达 到其 要 求 , 必 须 采 用 专 门 的 电镀 设备及 工 艺 。目前流 行 的是 卷对 卷 局 部 高速 电镀 工艺这 是 连 续 电 镀 中最 简 单 、最 基 础 的 一 种 生 产线, 只 需 将 镀 液 从 储 液槽 中抽 到 工 作 槽 上 , 让 引线 连 续 经 过各 道 工 作槽 工序 ( 引线 在 工 作 槽 中 被镀 液全 淹 没) , 最后 洗 净 、 烘干 , 就 得 到 了连 续 镀 的 成 品 。 和 片对 片 高速 电镀 工 艺 , 不 仅可 以获 得 高质 量 的镀 层, 而且 采 用 高速 的 喷镀 方 法 , 生产 效 率 也 得 到很 大 的提 高 。 目前 国际 上 用 于 I C封 装 生产 的 引线 框 架 电镀 设 备均 采 用 低氰 高速 银 镀工 艺 , 其 典 型 工艺流程 如 下 : 此 种 电镀 被广 泛 用 于铜 带 镀 银 、 镀镍 、 镀锡 铅 , 铜 丝镀金 、 镀银 , 引线 框 架全 镀银 、 全镀 镍 及 接 插件 全 镀锡 铅等 。 2 . 2 卷 对卷 式 连 续局 部 浸镀 生 产 线 此 种 设 备 基 本 原 理 与前 面 的 全 浸 镀 生 产 线 差上料 一 电解 除 油( 脱 脂) 一清 洗 一 酸洗 一清 洗 一 预 镀铜 一 清 洗 一 预 镀银 一 清 洗 一 局 部 镀 银 一 银 回 收一 退银 一 清 洗一 防 铜 变色 一清 洗一 烘 干一 下料( 1 )电解 除油 ( 脱脂 ) 。 不多, 只是 有 的工序 采 用 液 面控 制 方 法 进 行局 部 电 镀( 上半 部 分 不 镀 ) , 这 种 设 备 常 用 来 镀 引线 框 架 的 局 部镀 银 、 局 部镀 镍 , 也 用来 镀 接插 件 的一 端 镀 金 , 一目的 : 除 去基 材 表 面 的油 污 。 由于 该 设备 为引线框 架连 续 传 动 , 与常 规 滚镀 和 挂 镀 工件 电化 学 除 油工 艺 参数 不 同 ,它 既要 达 到完 全 除 油 的效 果 , 又 必须 在最 短 的时 间 内完 成 除 油 。提 高 电流 密 度 , 可以相 应提 高 除 油速 度 , 但 如 果 电流 密 度 过 高 , 槽 电 压增 高 , 电能 消 耗 太 大 , 形 成 的 大 量 碱 雾 不 仅 污 染 空气 , 还 有 可 能腐 蚀零 件 。 ( 2 ) 酸洗。 目的 : 增 加基 材 表 面 活 性 ; 去 掉 表 面 的 金 属 氧端 镀 锡铅 等 。 2 . 3 卷对 卷 式连 续 轮镀 ( 喷镀 ) 自动 线此 种 喷 镀 线 是 为满 足 产 品 单面 局 部 镀 而 设 计 , 镀件 的一个 面 贴 于 喷镀 轮 上 , 另一 面 被掩 膜 压 带 压 住, 工件 随喷 镀 轮 的转 动 同步 移 动 , 而 镀 液 被 泵 从特 定方 向喷 射 到 未被 压 住 的工件 表 面 上 , 这 样 这 部 分表 面就 被 镀 上 所 需 的镀 层 , 而 被 隐 膜及 喷轮 压 住化膜 I C框 架 的基 材 一般 为铜 材 ,表 面 氧化 膜 较 易除 去 , 因 此 对 酸 洗 的 要 求 不 太 高 ,一 般 用 1 O % 维普资讯 制造工艺与设备 ? ?电 子 工 业 毫 用 设 苗- H 2 S O 4即 可 。 一般 控 制在 G AM0 . 6 ~0 . 8之 间 。过 于光 亮 则 内应 则镀层 疏 松 , 表 面 易氧 化 , 也会 大大 降低 其 可焊 性 。 ( 3 ) 镀 层 结 合 是 否 紧 密严 重 影 响 到 焊接 质 量 。 f 3 ) 预 镀铜 。 目的 : 为 后工 序镀 银 提供 一 个干 净 并且 活 性好 的铜 表面 , 增加 镀层 的结合 强度 。 f 4 ) 预镀银。 由于 铜 材 在 接 触 到镀 银 液 体 时会 迅 速 发 生 化 学置 换 反应 ,而 此 置 换 层 与 铜 基 体 的 结合 是疏 松 的, 结 合强度 下降 , 若在 此 置换 银 层上 再 电镀 银 , 镀层 表 面 不均 匀 , 银会 异 常 生 长 , 则整 个 镀 银 层 会 在力、 硬度 、 熔 点 均过 大 , 影 响焊 接 性 能 ; 光亮 度 过 低镀 层 的 结合 力 一般 采 用 高温 的方 法 来检 验 , 在 4 5 0  ̄ C下局 部烘 烤 3 mi n , 不起 皮 、 不脱落、 不变 色 等现象。 ( 4 ) 镀层 的尺 寸位 置要 求 。 因为 Ag是 极 易发 生电迁 移 的 金 属 , 当 外 腿 侧 面 有 漏 Ag层 时 ,在 高 温 后 道 的装 载 芯 片 及 金 丝焊 接 过程 中 出现 镀 层 起 泡 现象, 从 而 导致产 品报 废 。 因此 ,要获 得 结合 力 良好 引线 框 架镀 银 层 , 进 行镀 前 处理 是关 键 。 预镀 银通 常采 用银 盐为 主要 成 份 的银 置换 防 止 剂 , 其原理为: 通 过 防 置 换 液 在 铜基材 上生 成 一层 致 密 的 、 与铜基 体 结合 良好 的很 薄 的银 层 , 以防止 镀 银液 体在 接 触 到基 体 未通 电时 发生 置换 反应 。 ( 5 1 选择 局 部镀 银 。 高湿 及 电场 的作 用 下 ,极 易发生 Ag的 电迁移造 成短 。因此 ,对 引线 框架 镀 A g不 允许 漏镀 到外 腿 的侧 面 、 背 面等 非施 镀 区 。 如 有漏 镀 , 需用 退银 工序除去。 4 片 式 引 线框 架镀 银 生 产 线 片式 局部 镀银 生产 线 ) 传输 辊 将 引线 框 架 依 次送 到 各 工 艺槽 内 , 目的: 在要 求 电镀 的 区域 内采 用 高速 低 氰镀 , 满足 金丝 键 合要 求 。 传 统 氰 化 物 镀 银 主 要 是 利 用 氰 化钾 良好 的 络 合极 化作 用 来获 得 结 晶细 致 的 电镀层 , 因此 其所 用完成 各 工艺 要求 的工序 ; ( 2 ) 每 个 工 艺槽 都 配 置 一 套 溶 液 循 环 系统 , 溶 液在 工 作槽 与 储 槽 间不停 循 环 , 引线 框 架 完全浸 入溶液 以达到 工艺 工 作要求 ; 的 电流密 度 较低 , 否 则 强烈 的极化 效应 将 使 镀层 烧焦 。而高 速 镀银 的要 求 却恰 好 与此 相 反 , 在 很高 的( 3 ) 在 选择 镀 银 区 引线框 架 由气 缸控 制 精确 定 位送 入 喷镀 下模 具上 , 引线 框架 需 镀 区域 与下模具 的 开 口区域 吻合 ;压 板 气缸 将 上模 板压 下 , 启 动循 环 泵 , 将 镀 液高 速 喷 射 到 引 线 框 架 表 面 , 同 时将 高频 开 关 电源 通 电施镀 , 见图 1 。镀 区尺 寸 由下电流 密度 下 获得 结 晶细 致 的镀 层 , 就要 求 减 弱络 合作用, 降低 浓差 极 化 的影 响 , 因此 高 速 镀 银 液 是 一种高 银含 量低 氰化 物 的高温 型 配方 。 f 6 1 退银。 模板 的 开 口尺 寸控 制 , 被 掩 蔽 的区域 未 镀 。若 干秒 后 断 电, 松模 , 将 镀 好 的 引线框 架 送 到下 一 工序 , 同 时下 一 片引线 送 入镀 模型 腔 区域 完成 前述 工序 。 目的 : 退 掉 泄 漏 到镀 银 区域 外 的薄 银 层 , 同时不 引起 镀 银层 产生 粗糙 、 变 色等 现 象 。 ( 7 ) 防铜 变色 。 目的 :在 铜表 面 形成 一 层很 薄 的化 学 吸 附膜 , 以改善铜 的 防变色 能 力 。 3 . 2 引线框 架的镀 层 特点掩 蔽硅 胶I c框 架硅 胶 掩膜模 具f 1 1 为 了保 证 良好 的 可 焊性 和 金线 键 合 性 , 要 求镀 层纯 度大 于 9 9 . 9 %, 厚度大于 3 . 5 I x m。如混 进 C u等 杂 质 , C u会 在 金 线键 合 的加 温 过 程 中扩 散 到 表 面并氧 化 , 形成氧 化 膜 , 降低 键 合性 。 阳 极喷 嘴( 2 ) 控制镀层的光亮度在光亮和半光亮之 间, 图 1 镀 银 生产 线 原 理 维普资讯 - 电 子 工 业 毫 用 设 备?制造工艺与设备 ? 4 . 2 生产 线 的主 要 结构大 地减 少 了 生产 用水 量 。 生 产 线从 结构 上 主 要 由传 送 系 统 、循 环 系 统 、 镀 槽和 控 制 系统 等 组成 。 4 . 2 . 1镀 槽 循 环 系统主 要 由工 作 槽 、 储液 槽 、 循 环 泵 组成 。 循 环 泵将 储 液 槽 中的 液 体抽 送 到 工 作槽 中 , 液 体 再 从 工 作槽 中回流 到储 液 槽 中 ,如此 形成 一 个液 体循 环 系 统 。 引线 框 架 通 过 传 送 装 置 依 次通 过 各 个 工 艺 的工 作槽, 完成 电镀 、 清洗 等 各 工 序 。特 别 注 意 的 是 : 引线 框 架 在各 工 艺槽 中要 完全 浸 入 液 体 中 , 不 得 暴 露于空气中, 防止 引线 表 面 的氧 化 而 造 成不 合 格 品 。这就 要 求工 作 槽 的 结构 与 储 液槽 的容 积 、 循 环 泵 的参数 相 匹 配 。同 时 , 工作 槽 的容 积 也 要与 电镀 电源 相 匹配 , 保 证在 引线上分 配 的 电流 密度 达 到工 艺 要求 。 4 . 2 . 2传 送 系 统图2 生 产 线 照 片引线 一般 在 高 电流 密 度 下 电镀 ,一 般 控 制 在6 0 . 1 0 0 AS D,最 高 时 可达 到 2 0 0 AS D。生 产 线 的镀 速, 片 式 线片 / mi n 。此 类 生产 线 最 高 可 同时 设 1 2列 通 道 ,即 可 同时 进 行 1 2种 不 同规 格的 I C 引 线框 架 。以 四线 制 生 产 线 h / 班 为例 , 卷 式 线 上 每班 生 产 约 5 5 0 0 m, 片 式线 上 每 班 生 产约 5 0 0 0片 。 片 式 生 产线 的传 送 系统 为 : 槽 体 内 的若 干传 输 胶 辊 在槽 外 的 传 动链 条 的 带 动下 转 动 , 工件 在 其上以一 定 的速度 匀 速 前 行 , 依 次 通 过各 个 工 艺 槽 完成工 艺 要求 。 4 . 2 . 3镀 银 系统 工 作 原 理工件 被送 入 定 制 的压 板 喷 镀模 具 的下 模 中 , 并按 照 设计 的 定位 针 进 行 定位 , 然 后气 缸 动 作将 上 模板 紧压 在 引 线框 架 上 ,上 下模 板 将 引 线 结 束 语据报 道 , 目前 国 内在 引线 框 架 生产 领 域 的 电镀同时 启动 循环 泵 , 将 镀液 从 下 模 板 高速 喷 射 到 工件( 即 引线 框 架 ) 表面上( 在 需 电镀 区模 板 上 有 开 口) , 约 十 几秒 后达 到所 需镀 层 厚 度 , 泵停 , 松模 , 镀 好 的 引线前 移 ,下 一个 或 下 一 段 引线 同时 进 入喷 模 , 然后 重 复 前 面 的工 序 , 如此 周 而 复 始 , 达 到 产 品局 部单 面镀 的 目的 。 线生产较少, 一般都是 同镀液一起从国外进 口或者引 线 框 架 生 产 厂 家 自制 , 数量不 多, 生产 能力 不 足 I C封装 产 能 的 3 0 。 同国 内企 业 I C产 能 相 比, 引 线 框 架 电 镀 生 产 线 是 严 重 的 供 不 应 求 局 面 。 从 2 0 0 5年 到 2 0 1 1 年 I C产能前景来看 , I C 引 线 框 架 电镀 生产 线将 有着 巨大 市场 需 求 。 参 考 文献 : [ 1 】 冯 小龙. 高 速 连 续 电镀 技 术 在 集 成 电 引 线 框 架 生产生产 线 的各 个 部 分都 十 分 重 要 , 任 何 一 个环 节 出现 问题 都 影 响 产 品质 量 , 尤其是镀银 , 镀 区 的对 位 精度 、 镀液 的喷 射 速度 及 电镀 电流 均 直 接 影 响 到电镀质量 , 从而影响到产 品的合格率 。整套系统为 P L C控制 全 自动工 作 , 全 线 除 上 下料 换 料 时 需要 人 工操作外 , 正 常 工 作 时均 为 自动 工 作 , 极 大 地 减 少 了人 为 因素 对 产 品质 量 的影 响 ,设 备 可 2 4 h连 续中的应用 [ c 】 . 2 0 0 3中 国电子制 造技 术论坛 会 , 第七 届S MT / S MD 技术 研 讨 会 , 2 7 0 . 2 7 7 . 生产, 生产 能 力 强见 图 2 。由于 整线 密 封 性较 好 , 生产 过 程 中产 生 的废 气 由管 集 中 抽 出室 外 废 气 处 理装置中, 工 作 现 场环 境 控 制好 。 同时, 生产 线 上 的 清 洗 工序 大量 的采 用 逆流 漂 洗 ,废 水 排放 量 少 , 极[ 2 】 叶方 高雪松 . 集成 电 塑封 中引线框 架使用要 求 [ J ] . 电子与封装, 2 0 0 3 , ( 2 ) : 2 8 . 3 1 . [ 3 ] 李明. 电子封 装 中电镀 技 术 的应 用 [ J ] . 电镀 与涂 饰 , 2 0 0 5 , 2 4 ( 1 ) : 4 4 - 4 9 .

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