蔡積慶 譯

（江蘇 南京 210018）

電子元件安裝用基板的表面處理技術(shù)

蔡積慶 譯

（江蘇 南京 210018）

概述了電子元件安裝用基板的基板種類和使用鍍層的種類與表面處理技術(shù)。

表面處理；基板；鍍層；電子元件；印制電路板

1 前言

在PCB上安裝IC、晶體管、二極管和電容等許多電子元件的。這些電子元件的大多數(shù)是在專用的線路板上放置而使半導(dǎo)體芯片，芯片與基板之間實(shí)現(xiàn)電氣連接，樹脂密封和外部終端的加工等一系列的組裝工程（Packaging 工程）而制造的。因此不僅PCB的表面而且安裝電子芯片元件的基板都要施行組裝工程所必須的各種表面處理。

電子元件安裝用基板根據(jù)材質(zhì)或形狀大致分為引線架，剛性板和載帶二種。它們的表面施行的表面處理鍍層的種類有Ag、Ni、Cu、Au、Pd和Sn（合金）等6種。本文就電子元件安裝用基板的種類及其施行的各種表面處理技加以敘述。

2 電子元件安裝用基板的種類和適用鍍層

2.1 引線架（Lead Frame）

金屬薄板材料采用沖壓法或者光刻法成型加工成所需要的形狀，再施行表面處理的電子元件安裝用基板成為引線架。直到DRAM（Dynamic Random Access Memory）的集成度擴(kuò)大競爭激化的90年代中期采用稱為42合金的材料。含Ni40%以上的鐵合金材料大多用作引線架材料。由于42合金的熱膨脹系數(shù)與Si芯片相同為4×10-6，所以在引線架上安裝IC芯片，即使經(jīng)過必要的加熱處理的封裝工程，恢復(fù)到室溫時(shí)的熱收縮量也會(huì)相同，因此大型化的IC芯片與引線架的界面密封性維持的狀態(tài)是良好的。但是42合金材料的價(jià)格高于銅合金材料，散熱性低，所以DRAM芯片的安裝工程正在轉(zhuǎn)化到有機(jī)基板上，42合金使用量銳減，現(xiàn)在引線架材料都使用銅合金材料。

引線架的制造方法，電極數(shù)（引線數(shù)）少的晶體管，電容和二極管等安裝用途中大多數(shù)是光鍍后沖壓。即寬度40 mm ～ 80 mm長10 m ～ 100 m的銅合金卷狀板材置于電鍍裝置上，無需鍍層的部分粘貼掩蔽膠帶以后，電子元件安裝部，金線鍵合部，外引線（從密封樹脂部到外側(cè)的引線）等采用電鍍法電鍍規(guī)定的鍍層，然后采用精密壓機(jī)進(jìn)行沖壓加工而完成引線架。

每個(gè)封裝的引線數(shù)多達(dá)數(shù)10以上的IC安裝用引線架中，多數(shù)內(nèi)引線（被密封樹脂內(nèi)的引線）的金線接合的光端部分為了施行選擇性鍍銀，沖壓或者蝕刻加工制成引線架形狀，然后采用部分鍍裝置僅在內(nèi)引線光端部噴涂高速用鍍銀液進(jìn)行電鍍，這種引線架采用后電鍍法。

引線架所需要的鍍層主要是銀，但是要求耐熱性的情況下，先鍍鎳打底然后進(jìn)行部分鍍銀。接著安裝電子元件，線鍵合以后樹脂密封，外部端子的引線上施行錫或者錫合金電鍍，至此完成了電子元件。圖1表示了使用引線架的IC封裝的制造工藝和構(gòu)造概念圖。

2.2 剛性板

以玻纖環(huán)氧板或者BT（Bismaleimido Triazine）樹脂為絕緣基板并敷以銅箔的多層構(gòu)成的基板用作電子元件安裝用基板。已經(jīng)開發(fā)了PCB上安裝用的稱為BGA（Ball Grid Allay）的半導(dǎo)體封裝，整列配置了外部端子的焊料球。因?yàn)檫@種基板硬而平坦性優(yōu)良，稱為剛性板。圖2表示了BGA封裝的構(gòu)造概念圖。由于基板的構(gòu)造和制造方法比單層構(gòu)成的引線架復(fù)雜，所以價(jià)格高。大多數(shù)用于DQAM，MPU（Micro Processor Unit），ASIC（Application Specif i c IC）等多種封裝用途中。

基板的成型加工方法與PCB的情況大致相同。即采用鉆孔法在基板上形成貫通孔，在貫通孔的內(nèi)壁面上鍍銅，以便實(shí)現(xiàn)正反兩面間的電氣導(dǎo)通。采用光刻法加工銅箔，形成所希望形狀的線路圖形。IC芯片的電極與基板的線路的電氣連接大多數(shù)采用金線鍵合。PCB上的安裝用外部端子的焊料球整列配置于封裝背面，為了滿足他們的接合，基板的最終鍍層采用鍍鎳打底以后再電鍍0.05 mm ～ 0.2 mm程度的金。

要求微細(xì)線路的MPU用途等超多針的高端基板中，難以形成電鍍用的工藝導(dǎo)線。這種基板中采用化學(xué)鍍法形成Ni/Au鍍層的產(chǎn)品已經(jīng)量產(chǎn)化。

2.3 帶載（Tape Carrier）

載帶是使用有機(jī)樹脂中耐熱性最高的聚酰亞胺和銅箔層壓的基材，以卷形連續(xù)加工的撓性電子元件安裝用基板的總稱。基材的構(gòu)成上有銅箔/耐熱性粘結(jié)劑/聚酰亞胺帶的三層材料和銅箔/聚酰亞胺帶的兩層材料的區(qū)別。三層材料是預(yù)涂環(huán)氧樹脂系熱固化性粘結(jié)劑的聚酰亞胺樹脂帶與銅箔加熱層壓而形成的，應(yīng)用于BGA封裝等。兩層材料是由聚酰亞胺帶和銅箔構(gòu)成的，制造方法有金屬化法，鑄造法和層壓法。

載帶的基本構(gòu)成與剛性板相同，由絕緣材料和銅箔使用18 mm以下的薄銅箔，有利于形成微細(xì)線路。因此除了小型BGA封裝用途外，應(yīng)用于300根以上接合用引線的液晶驅(qū)動(dòng)IC的安裝用基板。

載帶的表面處理，在BGA封裝中與剛性板同樣都是采用電鍍法形成Ni/Au鍍層。在液晶驅(qū)動(dòng)IC中，為了采用Au-Sn共晶接合法一次性連接驅(qū)動(dòng)IC的大多數(shù)電極上設(shè)置的金凸塊和載帶上的微細(xì)引線，整個(gè)銅線路上施行置換型化學(xué)鍍錫。圖3表示了液晶驅(qū)動(dòng)組裝中金凸塊與化學(xué)鍍錫的引線的連接法概念圖和接合部的截面照片。這種連接方法稱為TAB（Tape Automated Bondiug）法。

載帶中兩面形成微細(xì)線路的雙面線路載帶也已經(jīng)實(shí)用化。材料使用以聚酰亞胺基材為芯材的兩面上貼附銅箔的雙面銅箔材料。制造方法首先采用激光加工法在所希望的位置上形成育導(dǎo)通孔，導(dǎo)通孔的內(nèi)壁上形成導(dǎo)電性薄膜以后電鍍銅，介入的導(dǎo)通孔使兩面的銅箔導(dǎo)通孔化。然后采用光刻法分別加工兩面銅箔，形成微細(xì)線路。

3 鍍層的種類和特征

3.1 鍍銀

3.1.1 金線鍵合用途

引線架上安裝電子元件，使電子元件的電極和內(nèi)引線電氣連接的最一般的方法是金線鍵合法，為此內(nèi)引線先端部分施鍍2 mm程度銀鍍層。

晶體管或者電容等無源元件安裝用的引線架，首先在銅合金條上鍍銀，然后經(jīng)過沖壓形成引線架。這時(shí)的鍍銀采用傳統(tǒng)的浸漬電鍍法，鍍銀液是高濃度氰化鍍銀液，即氰化銀（AgCN）鮮于氰化鉀（KCN）水溶液中，Ag+以KAg(CN)2綜合物的形式存在，它是穩(wěn)定的鍍液。要求光亮?xí)r添加劑硒（Se）等光亮劑。陽極是放入銀板的陽極袋。

為了謀求引線架的耐熱性提高或者外引線的可焊性，最好采用鍍鎳打底再鍍銀的多層鍍層構(gòu)成。這時(shí)必須注意的是鎳打底再鍍銀的多層鍍層構(gòu)成。這時(shí)必須注意的是鎳鍍層上不能直接鍍銀。如果直接鍍銀容易產(chǎn)生惰性氧化層和鍍層不均勻，銀鍍層的附著性也差。為此采用鍍鎳以后使用氰化銅系沖擊鍍液形成箔銅鍍層再進(jìn)行鍍銀的多層鍍法。

安裝IC和LSI等電極數(shù)多的電子元件的引線架，首先采用沖壓或者蝕刻法進(jìn)行形狀加工，然后大多數(shù)內(nèi)引線的光端部分進(jìn)行部分鍍銀。部分鍍銀的方法采用高速噴鍍法，僅需電鍍的部分使用設(shè)置微細(xì)開口的樹脂制掩模緊住引線架，高速噴射鍍銀液進(jìn)行電鍍。圖4表示了內(nèi)引線光端部分部分鍍銀層的外觀。然而如果采用高度鍍裝置和高濃度氰化鍍液，由于強(qiáng)烈攪拌而使鍍液與大氣激烈接觸，結(jié)果使大量存在的游離氰（CN-）與大氣中的CO2反應(yīng)，發(fā)生HCN氣體并蓄積CO3-。這種結(jié)果使銀鍍層品質(zhì)下降，粗燥變黃，還會(huì)降低極限電流密度。為了除去CO3

-，需要麻煩的析出分離操作，化費(fèi)時(shí)間，因此實(shí)際上幾乎不可行。

圖4 內(nèi)引線光端部分的部分Ag鍍層

必須象噴鍍那樣進(jìn)行強(qiáng)烈攪拌時(shí)，使用幾乎不合適游離氰（CN-）的非游離氰鍍液。這種鍍液中的銀鹽使用KAg(CN)2。另外，支持電解質(zhì)是磷酸鹽等。陽極主要使用鍍Pt的Ti網(wǎng)板不溶性陽極。Ag+的補(bǔ)充采用KAg(CN)2。使用高濃度氰化鍍液的浸漬電鍍法時(shí)，因?yàn)轱@著促進(jìn)被鍍面上的Ag+供給量，所以最大可達(dá)150 A/dm2的高電流密度。

3.1.2 LED元件安裝用基板

由于LED節(jié)省電力且發(fā)光量大和長壽命，所以作為下一代照明的需求更加提高。圖5表示了面安裝型LED的構(gòu)造概念圖。在這種形態(tài)中，LED元件安裝在引線架或者剛性板上，Au線鍵合等電氣連接以后采用透明樹脂進(jìn)行密封。

圖5 面安裝型LED的構(gòu)造圖例

安裝LED元件的部位的表面處理主要是鍍銀。鍍銀最大理由是在可見光的整個(gè)領(lǐng)域（波長400 nm ～700 nm）的反射率高。圖6表示了Ag，Au，Cu，Ni和Pd鍍層在可見光領(lǐng)域中的反射率與波長的關(guān)系。由圖6可知，銀在測量的整個(gè)波長領(lǐng)域中表現(xiàn)出90%以上的高反射率。另外銀鍍層的金線鍵合性良好。問題是銀容易硫化，短時(shí)間會(huì)引起黑色而降低反射率。LED用基板采用鍍銀層的最大課題是確立抑制由于銀硫化而產(chǎn)生的黑色的技術(shù)。

圖6 各種金屬鍍層的反射率曲線（采用濺射法成膜）

作為銀鍍層的防止硫化黑色技術(shù)，涂覆膜的防止變色用有機(jī)層的方法是最簡便的，但是由于最近在金線鍵合以前一般采用等離子體清潔基板，結(jié)果除去了膜的有機(jī)層而失去抑制作用。利用銀與共光金屬的合金鍍層，它在某種程度上犧牲反射率，抑制變色的試驗(yàn)，正在嘗試中，提出的合金元素有Au，Pd和Bi等，但是電位差不同的金屬之間利用結(jié)合劑的添加等以大致相同的電位共析的合金電鍍技術(shù)管理煩雜，鍍液價(jià)格高，實(shí)用上的障礙多。還在考慮銀鍍層以外的替代金屬的方案，例如PCB電鍍工程中使用的Pd鍍層或者金鍍層，但是如圖6所示的那樣必須犧牲反射率。

現(xiàn)在的狀況是尚未發(fā)現(xiàn)滿足耐硫化變色性高反射性和良好的封裝組裝性第三方面要求的LED元件安裝用基板的電鍍技術(shù)。

3.2 鍍鎳

鎳鍍層在電子元件安裝基板中適用于焊接用的引線架的外引線部分或者線鍵合用的銀鍍層的基底鍍層，另外在剛性板或者載帶中用作金鍍層的基底鍍層。下面就瓦特（Walf）鍍液和氨基磺酸鍍液的特征和應(yīng)用進(jìn)行說明。

3.2.1 瓦特鍍液

瓦特鍍液是由基礎(chǔ)的NiSO4·6H2O，NiCl2和H3BO3構(gòu)成的使用最多的鍍鎳液。由于該液是由美國威斯康星大學(xué)的o·p·walf開發(fā)的，故稱為瓦特（Walf）鍍液。除了非常光亮鍍液外，還是用添加酞磺酸或者丁烷二醇等光亮劑的光亮鍍液。在均鍍能力，鍍層附著性，極限電流密度和鍍層物理性能等特性中沒有特別突出的優(yōu)點(diǎn)，但是各項(xiàng)的綜合平均性能良好而廣泛使用，NiCl2是為了促進(jìn)鎳陽極的溶解而添加的，但是會(huì)引起鍍層的內(nèi)部應(yīng)力上升，添加量應(yīng)為40 g/L程度。

電子元件材料用途中進(jìn)行光亮鍍鎳時(shí)必須特別注意的是選擇光亮劑。裝飾鍍用光亮劑一般宜用糖精鹽等硫化合物。電子元件安裝用基板如果采用含有這些光亮劑的鍍鎳液，那么在析出反應(yīng)時(shí)硫化合物就會(huì)共析于鍍層中，在以后的組裝工程中如果加熱到250 ℃以上，游離硫就會(huì)引起粒界擴(kuò)散而濃縮于表面，妨礙可焊性能。因此需要熱處理的電子元件安裝基板上施行光亮鍍鎳時(shí)不應(yīng)該使用裝飾鍍用的硫化合物系光亮劑。日本國內(nèi)已經(jīng)認(rèn)識(shí)到這種情況，但是在海外尚未充分理解，因?yàn)殡娮釉牧嫌猛局腥匀贿\(yùn)用添加糖精鹽等硫化合物系光亮劑的鍍鎳液，用戶務(wù)必注意。

3.2.2 氨基磺酸鍍液

從氨基磺酸鍍液中獲得的鎳鍍層的延展性好是其最大特征。因此在電子元件安裝用基板中用作引線彎曲加工時(shí)抑制裂紋發(fā)生的Pd鍍層的基底鍍層或者用作FPC的金鍍層的基底鍍層。

銅合金引線架分別采用瓦特鍍液和氨基磺酸鍍液析出0.5 mm鎳鍍層以后，在相同的條件下析出0.1 mm鉛鍍層。彎曲加工它們的引線架的外引線部分，比較觀察鍍層的裂紋發(fā)生狀態(tài)，結(jié)果如圖7所示。由圖7可知，如果使用氨基磺酸鍍液，即使彎曲加工鍍鍍層也不會(huì)發(fā)生裂紋。另外，由于氨基磺酸鍍液對(duì)于水的溶解度高于NiSO4，所以可以配置Ni2+超過100 g/L的高濃度鍍鎳液，有利于高電流密度作業(yè)，但是價(jià)格高于瓦特鍍液。

圖7 鍍Ni液的種類和Pd/Ni電鍍的引線架彎曲加工以后的外觀（鍍層厚度：Pd0.1mm/Ni0.5mm）

氨基磺酸鍍液由于長期使用，pH值降低和直接加熱產(chǎn)生的局部過熱而使氨基磺酸基分解，生成NH4+。如果NH4+濃度升高，則會(huì)使鍍層應(yīng)力上升，還會(huì)使高電流密度區(qū)域發(fā)生模糊。因此需要定期分析NH4+的濃度。采用強(qiáng)制添加劑NH4+的試驗(yàn)液進(jìn)行霍爾槽試驗(yàn)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)3 g/L以上的NH4+添加量就會(huì)使高電流密度區(qū)域發(fā)生模糊現(xiàn)象。

氨基磺酸鍍液的最大特征在于可以獲得延展性優(yōu)良和鍍層應(yīng)力小的鎳鍍層，鍍液中幾乎不含阻礙這些特性的NiCl2，因此沒有Cl-產(chǎn)生的陽極溶解促進(jìn)作用。為此有必要使用代替Cl-的陽極溶解促進(jìn)劑或者使用溶解性優(yōu)良的加入硫的Ni陽極。

3.3 鍍銅（沖擊鍍銅）

鍍銅在電子元件安裝用基板中適用于剛性板的貫通用電鍍，其它大多數(shù)不會(huì)使用。銅合金材料或者銅線路上特意鍍銅的必要性也很小，尤其是銅由于加熱容易氧化。利用氧化鍍液的沖擊鍍銅層應(yīng)用于銅合金引線架上電鍍銀的基底鍍層或者鎳鍍層上鍍銀的中間層。硫酸銅電鍍技術(shù)的應(yīng)用例在BGA載帶中開發(fā)了采用鍍銅層填充在聚酰亞胺帶上形成的焊料球接合用導(dǎo)通孔的產(chǎn)品。下面著重說明氰化系沖擊鍍銅。

功率晶體管用引線架的一部分采用銅合金上鍍鎳以后再鍍銀的多層鍍層構(gòu)成。表層的銀鍍層是晶體管芯片的接合或者金鍵合所必須的，基底鍍Ni層是為了提高耐熱性和外引線的可焊性而設(shè)置的，但是鎳鍍層上不能直接鍍銀，中間必須設(shè)置膜的沖擊鍍銅層。這樣可以減少銀鍍層的外觀模糊和明顯提高銀鍍層的耐熱附著性。

功率晶體管用引線架比銀膠接合的IC引線架更加要求鍍層的耐熱附著性。如果在400 ℃左右的高溫下加熱銀鍍層引線架，那么空氣中氰就會(huì)容易的透過銀鍍層到達(dá)基底的鎳鍍層界面，結(jié)果使鎳面氧化而降低銀鍍層的附著性。由于中間設(shè)置可箔的銅鍍層而提高了銀鍍層的耐熱附著性的機(jī)理是銅作為抗氧化的阻擋層，從而抑制了界面氧化現(xiàn)象。

在電鍍加工中重視表面的主要鍍層特征的同時(shí)，前處理或者基底處理時(shí)表面鍍層的品質(zhì)提高也是非常重要的。

3.4 鍍金

3.4.1 電鍍金

電子元件安裝用基板的金鍍層是純度為99.9%以上，維氏硬度（HV）70的高純度軟質(zhì)金鍍層。鍍金液是金u離子供給源為KAu(CH)2和導(dǎo)電鹽為磷酸，檸檬酸等的非無氰的鍍液，還含有數(shù)ppm結(jié)晶調(diào)整劑（Ti），旨在獲得更柔軟的大結(jié)晶。但是這種鍍金液含有氰化物，容易損傷阻焊劑等PCB上設(shè)置的有機(jī)絕緣阻焊層。因此氰化物使用禁止地域或者阻焊層涂布的基板上進(jìn)行鍍金時(shí)可以使用亞硫酸金鍍液。這種鍍液的缺點(diǎn)是價(jià)格高與氰化鍍液，穩(wěn)定性低于氰化合物。

由于金的高價(jià)而 要求薄金鍍層，使得基底鍍層或者基材成分?jǐn)U散到金表面上而妨礙接合性。滿足組裝穩(wěn)定可靠性和成本兩方面要求的解決對(duì)策是使用對(duì)表面污染敏感的金線路接合部鍍厚金和焊料球接合部薄金的厚度差別化鍍金技術(shù)。

3.4.2 化學(xué)鍍金

在超多引腳的高端基板中，由于難以布設(shè)電鍍用的導(dǎo)通工藝線，因此利用無須工藝導(dǎo)線的化學(xué)鍍法形成Ni/Au鍍層的產(chǎn)品已經(jīng)量產(chǎn)化。一般的鍍層規(guī)格是銅線路上化學(xué)鍍5 mm程度的化學(xué)鍍鎳層以后再置換鍍0.05 mm薄層?；瘜W(xué)鍍鎳液主要使用以次亞磷酸鹽為還原劑的類型。在析出反應(yīng)中，次亞磷酸離子分解而發(fā)生電子，由該電子還原Ni2+，與此同時(shí)生成的磷（P）共析于鍍層中。鎳鍍層中共析的P在BGA封裝中成為降低焊料球結(jié)合可靠性的重要原因，務(wù)必注意。

置換鍍金層利用與基底的Ni-P合金層的電位差，一邊粒界腐蝕鎳層一邊析出。因侵濕鎳粒界深度約為2 mm，為了安全起見，通常要形成4 mm以上的鎳層。要求更加安全的金線鍵合性時(shí)，由于極薄置換鍍金層的耐熱性低，所以在置換鍍金層上使用還原性化學(xué)鍍金液形成厚金鍍層，或者在鎳和金之間設(shè)置化學(xué)鍍鉛層。

化學(xué)鍍鎳液由于鍍液溫度，Ni2+濃度和pH等而容易變化鎳鍍層的P含量或者析出速度。Ni-P合金鍍層的P含量的變化造成鍍層耐蝕性的差別。置換型化學(xué)鍍金層的析出中，由于與基底Ni-P合金鍍層的電位差成為金析出的驅(qū)動(dòng)力，所以耐蝕性的不同即表面電位的不同給予金鍍層的析出反應(yīng)性以很大的影響。為此化學(xué)鍍鎳裝置中并設(shè)了鍍液分析和成分補(bǔ)給裝置，以便控制相同組成的Ni-P合金鍍層和相同厚度的析出。

由于化學(xué)鍍Ni/Au鍍層是利用化學(xué)的析出反應(yīng)成膜的，所以導(dǎo)入了鍍層組成的控制，反應(yīng)速度的均勻性和鍍液組成的控制等與電鍍不同的獨(dú)特管理技術(shù)是非常重要的。

3.5 鍍鉛

IC、LSI用引線架的一部分采用預(yù)先全面鍍鉛的規(guī)格。大多數(shù)引線架的封裝組裝以后在外引線上進(jìn)行焊料鍍。為了謀求省略這種焊料而開發(fā)的是鍍鉛引線架。由于IC封裝的縮短制造時(shí)間而可以提高生產(chǎn)；力和降低成本，這是20年前開發(fā)之初的最大目的，以后成為無須焊料鍍的無鉛對(duì)策的有力技術(shù)。鍍鉛引線架的其它優(yōu)點(diǎn)是薄鍍層性能良好，沒有焊料橋接的擔(dān)心和沒有銀鍍層那樣的遷移或者變色的擔(dān)心等。

但是也存在缺點(diǎn)，例如價(jià)格高，經(jīng)過封裝組裝時(shí)的加熱工程時(shí)容易降低金線鍵合性或者可焊性，與“42合金”引線架材料的電位差大，采用鹽水噴霧腐蝕試驗(yàn)時(shí)容易腐蝕引線架等。為了降低價(jià)格，重新評(píng)估組裝條件的同時(shí)使鍍層極薄化，制造商與用戶之間詳細(xì)研究確立薄鍍層規(guī)格。為了提高耐熱性，最表面層施鍍極薄金鍍層是有效的。但是由于金鍍層厚度極薄到0.003 mm程度，采用傳統(tǒng)的熒光X射線膜厚計(jì)很難測量，因此可以采用間接評(píng)估方法，即薄金鍍層的存在能否改善加熱以后的可焊性的方法。

3.6 Sn和Sn合金電鍍

3.6.1 引線架外引線上的電鍍

錫和錫合金電鍍是PCB上安裝電子元件所不可缺少的。元件安裝時(shí)，PCB的銅線路部分印刷焊膏或者涂復(fù)熔融焊料。電子元件的接合端子預(yù)先鍍復(fù)焊料鍍層，元件安裝以后加熱再流焊。這種焊料的合金成分中的鉛已成為強(qiáng)制管理的對(duì)象，必須及早確立錫合金鍍層的無鉛化技術(shù)。

PCB上設(shè)置的焊膏或者熔融焊料通過混入 形成分制作成了3元系或者4元系等無鉛的錫合金。根據(jù)各種研究，現(xiàn)在以Sn-Ag-Cu系合金焊料為主流。另一方面由于元件端子上的大多數(shù)焊料是采用溫式電鍍法形成的，所以代替Sn-Pb合金鍍層的“Sn-X”二元合金鍍層的開發(fā)適用于各種電子元件的端子鍍層。但是無鉛的錫合金電鍍技術(shù)的確有很多困難。其最大理由是最為合金對(duì)象所選擇的Ag,Cu,Bi,Zn等與Sn的析出電位有很大的不同。為了合金析出的選擇為中心進(jìn)行鍍液的開發(fā)比較麻煩。陽極的管理或者鍍液管理也比較復(fù)雜。即使在日本國內(nèi)可以勉強(qiáng)控制，但是把它在亞洲各地展開時(shí)，由于很多地域的管理能力不足而不能使用，最終導(dǎo)入不順利的事例比較多。日本早已采用Sn-Bi合金鍍層和Sn-Ag合金鍍層等，但是現(xiàn)在包括日本在內(nèi)的國內(nèi)大多數(shù)采用純錫鍍層。

采用傳統(tǒng)錫鍍層有兩大課題：一是晶須發(fā)生的問題，由于PCB上焊料多為Sn-Ag-Cu系合金，如果純錫鍍層的元件端子熔融接合，則須除去純錫層，以便減少晶須發(fā)生的擔(dān)心；二是再流焊溫度的高溫化。由于錫和無鉛的錫合金的熔融溫度高于傳統(tǒng)的Sn-Pb合金，所以再流焊溫度也必須提高20 ℃ ～ 50 ℃，因此PCB或者電子元件更加要求耐熱特性。

3.6.2 載帶的化學(xué)鍍錫

液晶驅(qū)動(dòng)用IC具有300～1000個(gè)許多電極。為了短時(shí)間鍵合這些電極和帶載的引線而開發(fā)的方法是如圖3所示的TAB法。在IC的Al電極上形成高度15 mm ～ 20 mm的金凸塊。帶載的危險(xiǎn)線路上施行化學(xué)鍍錫。然后使全部凸塊和線路一次性位置重合以后采用高溫的金剛石工具熱壓鍵合成電氣連接的Au-Sn共晶鍵合。

銅線路上化學(xué)鍍錫是置換反應(yīng)。比錫的電位高的銅上置換析出錫的現(xiàn)象是利用鍍液中添加劑硫脲而實(shí)現(xiàn)的。硫脲是與Cu+激烈反應(yīng)形成綜合物的綜合劑，是鍍液中的銅離子活性顯著變小，銅的表面電位顯著移向低電位。

化學(xué)鍍錫的特征是隨著銅表面的涂復(fù)錫，電位差變小，析出速度也遲緩。錫鍍層厚度通常只有1 mm程度，也不可避免的發(fā)生晶須問題。作為解決的對(duì)策，采用帶載鍍錫以后進(jìn)行熱處理，使銅線路和錫鍍層之間均勻的形成Cu-Sn金屬間化合物薄層以防止晶須發(fā)生的方法。

化學(xué)鍍錫液的壽命短，為此使用鍍液的一部分與新液交換，使錫析出的反應(yīng)速度保持一定的管理技術(shù)等是重要的要素。

4 結(jié)語

（1）電子元件安裝用基板大致有引線架，剛性板和帶載3種。

（2）這些基板上設(shè)有與安裝的電子元件連接所需要的表面處理層。

（3）基板上表面處理層的種類主要有Ag、Ni、Cu、Au、Pd和Sn（合金）6種。除了采用單層金屬外，還采用加上基底鍍層或者沖擊鍍層等的多層構(gòu)成。

（4）為了有效利用各種鍍層的特征，最適宜的鍍液選擇，添加劑的選擇和機(jī)理的把握，管理技術(shù)的確立等都是重要的。

[1]珍田 聡. ェレクロニクス実裝學(xué)會(huì)志, 7, 386(2004).H.Tanaka, G Takahashi, N.Okabe; IEMT/IEEE'96 Proceeding, p.26(1996).

[2]岡部則夫, 亀山康晴, 多賀騰俊, 田中浩樹. 日立電線, 16, 69(1997).

[3]青谷 薰. 合金めつきI, p46 (槇書店, 1999).

[4]珍田 聡, 秋野久則, 米川琢哉. 表面技術(shù), 49, 1283(1998).

[5]珍田, 松浦 亮 .ェレクトロニクス実裝學(xué)會(huì)志, 5,394 (2002).

[6]珍田 聡, 松浦 亮. ェレクトロニクス実裝學(xué)會(huì)志,6, 307(2003).

[7]珍田 聡, 吉岡 修. 表面技術(shù), 45, 78(1994).

[8]珍田 聡, 吉岡 修. 表面技術(shù), 45, 1117(1994).

[9]珍田 聡, 宮本宣明, 吉岡 修. ェレクトロニクス実裝學(xué)會(huì)志, 3, 308(2000).

[10]珍田 聡, 宮本宣明, 吉岡 修. 表面技術(shù), 49, 1291(1998).

[11]長谷川清, 高橋昭男, 堂高明, 中祖昭土. 表面技術(shù), 57, 616(006).

[12]珍田 聡, 吉岡 修, 小泉良一. 表面技術(shù), 44, 1154(1993).

[13]珍田 聡, 吉岡 修, 小泉良一. 表面技術(shù), 45, 691(1994).

[14]小谷野英騰. 表面技術(shù), 55, 586(2004).

[15]珍田 聡, 電子ヂハィス搭載用基板っ表面處理技術(shù)[J]. 表面技術(shù), Vo1.62,No.9,2001.

林金堵 校

Surface fi nish technology for electronic devices mounting substrates

CAI Ji-qing

This paper describes substrates type, suitable plating type and surface finish technology for electronic devices mounting substrates.

Surface fi nish; Substrates; plating; Electronic devices; PCB

TN41 < class="emphasis_bold">文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：

1009-0096（2012）08-0055-07