基體表面性質對引線框架上無鉛鍍錫層的影響

【簡介】

基體表面性質對引線框架上無鉛鍍錫層的影響

賀巖峰l，王鶴坤1，劉鶴1，孫紅旗2

(1．長春工業(yè)大學化工學院，吉林長春130012;2．上海新陽半導體材料股份有限公司，上海201616)

摘要：研究了銅基引線框架基體表面性質對鍍錫層的影響。掃描電鏡(SEM)和X射線衍射(XRD)分析結果表明：鍍層外觀由其結晶結構決定。采用X射線光電子能譜(XPS)研究了銅基引線框架表面性質的影響。結果表明：引線框架表面銅的氧化狀態(tài)對于最終所得鍍錫層的性質有很大影響，當引線框架表面存在大量的Cu0時，得到的鍍錫層易于出現發(fā)黑等質量缺陷。研究了相應的解決方法，對于因基體表面性質引起的鍍層發(fā)黑等質量問題，可以通過加強鍍前去氧化解決，也可以通過增強添加劑的極化作用予以改善。

關鍵詞：鍍錫；基體；引線框架

中圖分類號：TQ 153    文獻標識碼：A    文章編號：1000-4742(2011)02-0015-03

0前言

隨著歐盟WEEE和RoHS指令的頒布和實施，在過去幾年中無鉛電鍍已成為電子封裝行業(yè)共同奮斗的目標。無鉛純錫電鍍由于具有成本低、兼容性好等優(yōu)點，成為絕大多數封裝企業(yè)無鉛化鍍層的首選。但是，近幾年的應用實踐表明，在純錫電鍍中還存在著許多問題需要解決。由于封裝行業(yè)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電鍍企業(yè)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、鍍液混濁及鍍層的不正常外觀等。關于錫晶須、變色和鍍液混濁等方面，國內已經有相關報道^[1-2]。

在電子封裝工業(yè)中使用著各種不同材質的引線框架，特別是近年來所用材質的種類繁多，性質和來源的差別很大。引線框架材質及性質的不同會引起電鍍過程中出現不正常外觀鍍層，如鍍層發(fā)黑、發(fā)花等，直至出現可焊性不良或變色等。Park等^[3]研究了銅基體表面粗糙度和基體表面形貌對鍍錫層性質的影響；黃久貴等^[4]則研究了鍍錫基板的結晶取向對鍍錫并軟熔后所得錫一鐵合金的形貌及耐蝕性的影響。但是，總的來說，關于基體表面性質對鍍層性能影響方面的研究還很少。本文主要從表面氧化層角度探討引線框架基體表面性質對鍍層外觀的影響。

1  實驗

1.1  實驗方法

電鍍實驗在自制的1L電鍍實驗槽中進行，采用自制的機械式往復移動設備使鍍件在鍍槽中處于移動狀態(tài)，電源為金順怡公司生產的STP型高頻開關電鍍電源。電鍍液采用甲基磺酸和甲基磺酸錫配制，其中，H⁺為150 g/L，Sn²⁺為18 g/L，鍍液溫度為28～30℃。所用的甲基磺酸和甲基磺酸錫均為上海新陽半導體材料股份有限公司生產。

1.2實驗儀器

X射線衍射(XRD)實驗在日本理學D/max-rd型X射線衍射儀上進行，Cu靶Ka射線，電壓為50kV，電流為25 mA，階梯掃描方式測量各衍射峰的峰形，步長為0. 02⁰。

掃描電鏡(SEM)實驗采用Hitachi S-1500型掃描電鏡儀，配備取備Horiba EX-250型能譜儀(EDS)。   

X射線光電子能譜( XPS)實驗采用Kratos Axis Ultra DLD型X射線光電子能譜儀，單色化 Al靶。

電化學測試在上海辰華公司生產的CHI 660D型電化學工作站上進行，采用三電極體系測試，工作電極為直徑2 mm的鉑盤電極，對電極為鉑絲電極，參比電極為甘汞電極。

2結果與討論

2.1鍍層的性質   

不正常的鍍層外觀包括：鍍層發(fā)黑、發(fā)灰、發(fā)花、條紋等。鍍層外觀上的差異只是一種表象，其本質是結晶結構上存在著差別。

圖1為兩種不同鍍層的電鏡掃描照片。由圖1可知：發(fā)黑鍍層的晶粒形狀不規(guī)則，存在較為突起的棱角；晶粒邊界處存在較大的間隙或孔隙，產生了許多不規(guī)則的凹陷；由于光線的漫射，使得鍍層呈現發(fā)黑等外觀。