CN109989083A - 一种超粗化引线框架电镀预处理工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种超粗化引线框架电镀预处理工艺，包括如下步骤：步骤1：使用有机酸粗化液对引线框架进行喷淋处理；步骤2：喷淋处理后，再经过超纯逆流水洗，使用2％‑5％的盐酸溶液进行浸泡处理，引线框架铜材表面黑色的腐蚀产物会被溶解，凸显出铜的色泽，再经过超纯逆流水洗，完成一级粗化；步骤3：使用酸性镀铜溶液进行二次粗化，引线框架为阴极，不锈钢板为阳极进行电镀铜，电镀铜时用脉冲整流器进行电流调整，电流模式采用8∶2的正反向脉冲电流方式。

Description

一种超粗化引线框架电镀预处理工艺

技术领域

本发明涉及引线框架电镀预处理技术领域，具体涉及一种超粗化引线框架电镀预处理工艺。

背景技术

IC引线框架用来作为芯片载体，并通过引线键和(键合金线或铜线)使芯片内部电路通过引线框架上的引脚与外部PCB电路连接，是半导体封装重要的部件。在完整的IC封装体中，引线框架起着固定芯片、传递电路信号、提供散热路径，同时对芯片电路结构起保护作用。因为集成电路的可靠性等级往往是由多个因素决定，但集成电路芯片的封装工艺对引线框架的要求就比较高，并且引线框架的性能对于提升MSL可靠性等级起着主导作用。近年来越来越多的半导体封装客户要求集成电路芯片的可靠性必须达到MSL1级的要求，其中关键的改善在于提高引线框架与封装树脂的结合强度。从原来角度出发，实现提高芯片可靠性的方法就是增加引线框架表面的粗糙度，通过机械互锁原理从而增强引线框架基材与封装树脂的结合力，避免在MSL1级可靠性试验中，出现“爆米花效应”导致引线框架与封装树脂分层的失效模式。

现在比较成熟的引线框架表面处理工艺主要有微蚀刻、铜面棕色氧化和电镀粗化三种。其中微蚀刻工艺出现最早，溶液配方简单，主要以普通的无机酸为主，如硫酸双氧水类型，成本低。微蚀刻工艺是指在电镀前对引线框架表面进行表面微腐蚀，使原有的呈现纤维状的铜箔表面呈现出高低起伏的形态。铜面棕色氧化工艺是指在电镀完成后，使用强氧化剂在铜合金表面生成一层致密的氧化层，同时生成一层铜于有机物形成复杂化合物薄膜，薄膜与塑封料的结合力大于铜与塑封料的结合力。该工艺使用的溶液配方目前国内处于空白状态，成本高，可操作性差。相对而言，微蚀刻工艺成本低，是比较传统的表面处理方法，但是无法稳定控制，铜表面粗糙度随着时间的推移变动会越来越大。而铜棕色氧化工艺虽然可靠性好，但成本高，可操作性差。最后一种电镀粗化工艺，目前只有两家合资引线框架生产企业具备该技术，国内在该电镀粗化工艺方面处于空白状态。三种粗化工艺在粗化程度，成本以及可操作性上难以兼顾的现象导致成本和可操作性失衡的问题。

发明内容

本发明的目的在于：针对上述三种粗化工艺在粗化程度，成本以及可操作性上难以兼顾的现象导致成本和可操作性失衡的问题，本发明提供一种超粗化引线框架电镀预处理工艺。

本发明采用的技术方案如下：

一种超粗化引线框架电镀预处理工艺，包括如下步骤：

步骤1：使用有机酸粗化液对引线框架进行喷淋处理；

步骤2：喷淋处理后，再经过超纯逆流水洗，使用2％-5％的盐酸溶液进行浸泡处理，引线框架铜材表面黑色的腐蚀产物会被溶解，凸显出铜的色泽，再经过超纯逆流水洗，完成一级粗化：

步骤3：使用酸性镀铜溶液进行二次粗化，引线框架为阴极，不锈钢板为阳极进行电镀铜，电镀铜时用脉冲整流器进行电流调整，电流模式采用8∶2的正反向脉冲电流方式。

进一步，步骤1中所述有机粗化液主要组分包括甲酸、氯化铜、氯化钠、氯化铵、乙二胺、柠檬酸盐、酒石酸盐，所述有机酸粗化液配制溶液使用的水为超纯水，所述机酸粗化液中Cu²⁺离子含量为15-30g/L，甲酸占总溶液体积比的5％-15％，氯化钠和氯化铵含量各为8％-10％，柠檬酸盐和酒石酸盐含量各为0.5％-2％，其中甲酸用于提供腐蚀金属所需要的氢离子和形成缓冲溶液体系，使蚀刻溶液的PH值保持相对稳定；乙二胺用于与铜离子或亚铜离子络合形成络合物，参与腐蚀反应，并保持蚀刻溶液的稳定；粗化液中无铜离子时，微蚀速度很慢，微蚀深度浅，二水合氯化铜使微蚀速度趋于稳定；氯化钠和氯化铵用于控制蚀刻速度，提高蚀刻效率。

进一步，步骤1中所述机酸粗化液的喷淋压力要求为0.15-0.2MPa之间，机酸粗化液的处理温度维持在20-40℃，喷淋粗化的时间控制在15-90s之间。

进一步，步骤3中所述酸性镀铜溶液的主要成分包括硫酸、硫酸铜、硫酸钛、钨酸钠，Cu2⁺离子含量为15-25g/L，硫酸含量为100-120g/L，硫酸钛含量为0.5-1.5g/L，钨酸钠含量为0.05-0.15g/L；其中Ti²⁺可以有效改善Cu²⁺在引线框架表面的沉积形貌，反应离子和非反应离子的吸附会影响Cu²⁺在阴极表面的析出速度，又影响铜离子的结晶取向和镀层致密度，通过影响铜离子的沉积过程从而有效挺高表面粗糙度。电流密度越高，铜离子沉积速度越快，对应电流密度越高，结晶颗粒尺寸较小，表面粗糙度提高较少，铜离子沉积速度越慢，对应电流密度越高，结晶颗粒尺寸较大，表面粗糙度提高明显。

进一步，步骤3电镀过程使用空气搅拌，电流密度控制在30-50A/dm²，电镀过程中需增加镀液过滤泵，进行连续循环，电镀处理后再经过三道超纯逆流水洗。

进一步，步骤3中所述不锈钢板为网孔状的304不锈钢板，厚度0.2-0.6mm。

进一步，该超粗化引线框架电镀预处理工艺可以根据粗化程度的不同进行选择性设置，可以取消步骤1有机酸粗化和步骤2盐酸清洗，只进行步骤3酸性镀铜工艺来粗化；或者取消步骤3酸性镀铜工艺，使用步骤1有机酸粗化和步骤2盐酸清洗来进行粗化。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

1.酸性镀铜利用硫酸、硫酸铜体系的电镀本身结晶颗粒大，并依附材料表面凸出位置优先结晶的原理进行二次电镀粗化；

2.硫酸和硫酸铜为镀液基础体系，铜离子越高，结晶速度越快，枝晶形貌越明显。硫酸钛为定向结晶剂，可以提高电镀表面粗糙度，电流密度越高，枝晶形貌越明显。钨酸钠的添加可以控制晶粒大小，使晶粒尺寸趋于均匀；

3.通过使用氯化钠和氯化铵，可以控制蚀刻速度，提高蚀刻效率；

4.通过使用酒石酸盐和柠檬酸盐作为羟基羟酸盐化合物作为离子掩蔽剂可以有效的遮蔽在处理铜合金时产生的Fe²⁺，Ni²⁺等杂质离子，维持粗化液稳定；

5.该粗化方案在预镀铜之前用有机酸粗化，盐酸清洗和酸性镀铜粗化三个工艺代替传统工艺中的酸洗处理，可操作性良好，成本低，表面粗糙度Ra可达0.5微米，弥补当前行业中三种粗化工艺在粗化程度，成本以及可操作性上难以兼顾成本和可操作性的失衡。

附图说明

本实用发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：

图1是本发明有机酸粗化液粗化效果示意图；

图2是本发明酸性镀铜溶液粗化效果示意图；

图3是传统引线框架电镀流程：

图4是本发明引线框架电镀流程。

具体实施方式

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

下面结合图1、图2、图3和图4对本发明作详细说明。

实施例1

一种超粗化引线框架电镀预处理工艺，包括如下步骤：

步骤1：配制有机酸粗化液，所述有机粗化液主要组分包括甲酸、氯化铜、氯化钠、氯化铵、乙二胺、柠檬酸盐、酒石酸盐，配比溶液使用的水为超纯水；所述有机酸粗化液中Cu²⁺离子含量为15g/L，甲酸占总溶液体积比的5％，氯化钠和氯化铵含量各为8％，柠檬酸盐和酒石酸盐含量各为0.5％；然后使用有机酸粗化液对引线框架进行喷淋处理，所述喷淋使用扇形喷嘴进行喷淋处理，采用传输带输送产品，所述有机酸粗化液喷淋压力要求为0.15MPa之间，有机酸粗化液处理温度维持在20℃，喷淋粗化的时间控制在15s；

步骤2：喷淋处理后，再经过三道超纯逆流水洗，使用2％的盐酸溶液进行浸泡处理，引线框架铜材表面黑色的腐蚀产物会被溶解，凸显出铜的色泽，再经过三道超纯逆流水洗，完成一级粗化；

步骤3：使用酸性镀铜溶液进行二次粗化，引线框架为阴极，不锈钢板为阳极，所述不锈钢板为网孔状304不锈钢板，厚度0.2mm，所述酸性镀铜溶液的主要成分包括硫酸、硫酸铜、硫酸钛、钨酸钠，Cu²⁺离子含量为15g/L，硫酸含量为100g/L，硫酸钛含量为0.5g/L，钨酸钠含量为0.05g/L；其中Ti²⁺可以有效改善Cu²⁺在引线框架表面的沉积形貌，反应离子和非反应离子的吸附会影响Cu²⁺在阴极表面的析出速度，又影响铜离子的结晶取向和镀层致密度，通过影响铜离子的沉积过程从而有效挺高表面粗糙度。电流密度越高，铜离子沉积速度越快，对应电流密度越高，结晶颗粒尺寸较小，表面粗糙度提高较少，铜离子沉积速度越慢，对应电流密度越高，结晶颗粒尺寸较大，表面粗糙度提高明显。电镀铜时用脉冲整流器进行电流调整，电流模式采用8∶2的正反向脉冲电流方式。所需电流按照引线框架的面积进行调整。经过酸性镀铜粗化后，表面粗糙可以在一级粗化的基础上再提高50％。电镀过程使用空气搅拌，电流密度控制在30A/dm2，电镀过程中需增加镀液过滤泵，进行连续循环。电镀处理后再经过三道超纯逆流水洗。

该粗化方案可操作性良好，成本低，表面粗糙度Ra可达0.4微米。

实施例2

一种超粗化引线框架电镀预处理工艺，包括如下步骤：

步骤1：配制有机酸粗化液，所述有机粗化液主要组分包括甲酸、氯化铜、氯化钠、氯化铵、乙二胺、柠檬酸盐、酒石酸盐，，配比溶液使用的水为超纯水；所述有机酸粗化液中Cu²⁺离子含量为22g/L，甲酸占总溶液体积比的10％，氯化钠和氯化铵含量各为9％，柠檬酸盐和酒石酸盐含量各为1.2％；然后使用有机酸粗化液对引线框架进行喷淋处理，所述有机酸粗化液喷淋压力要求为0.17MPa之间，有机酸粗化液处理温度维持在30℃，喷淋粗化的时间控制在52s；

步骤2：喷淋处理后，再经过超纯逆流水洗，使用3.5％的盐酸溶液进行浸泡处理，引线框架铜材表面黑色的腐蚀产物会被溶解，凸显出铜的色泽，再经过超纯逆流水洗，完成一级粗化：

步骤3：使用酸性镀铜溶液进行二次粗化，引线框架为阴极，不锈钢板为阳极，所述不锈钢板为网孔状304不锈钢板，厚度0.4mm，所述酸性镀铜溶液的主要成分包括硫酸、硫酸铜、硫酸钛、钨酸钠，Cu2+离子含量为20g/L，硫酸含量为110g/L，硫酸钛含量为1g/L，钨酸钠含量为0.1g/L；其中Ti²⁺可以有效改善Cu²⁺在引线框架表面的沉积形貌，反应离子和非反应离子的吸附会影响Cu²⁺在阴极表面的析出速度，又影响铜离子的结晶取向和镀层致密度，通过影响铜离子的沉积过程从而有效挺高表面粗糙度。电流密度越高，铜离子沉积速度越快，对应电流密度越高，结晶颗粒尺寸较小，表面粗糙度提高较少，铜离子沉积速度越慢，对应电流密度越高，结晶颗粒尺寸较大，表面粗糙度提高明显。电镀铜时用脉冲整流器进行电流调整，电流模式采用8∶2的正反向脉冲电流方式。所需电流按照引线框架的面积进行调整。经过酸性镀铜粗化后，表面粗糙可以在一级粗化的基础上再提高50％。电镀过程使用空气搅拌，电流密度控制在40A/dm2，电镀过程中需增加镀液过滤泵，进行连续循环。电镀处理后再经过三道超纯逆流水洗。

该粗化方案可操作性良好，成本低，表面粗糙度Ra可达0.5微米。

实施例3

一种超粗化引线框架电镀预处理工艺，包括如下步骤：

步骤1：配制有机酸粗化液，所述有机粗化液主要组分包括甲酸、氯化铜、氯化钠、氯化铵、乙二胺、柠檬酸盐、酒石酸盐，所述有机酸粗化液中Cu²⁺离子含量为30g/L，甲酸占总溶液体积比的15％，氯化钠和氯化铵含量均占为10％，柠檬酸盐和酒石酸盐含量均为2％；然后使用有机酸粗化液对引线框架进行喷淋处理，所述有机酸粗化液喷淋压力要求为0.2MPa之间，有机酸粗化液处理温度维持在40℃，喷淋粗化的时间控制在90s之间；

步骤2：喷淋处理后，再经过超纯逆流水洗，使用5％的盐酸溶液进行浸泡处理，引线框架铜材表面黑色的腐蚀产物会被溶解，凸显出铜的色泽，再经过超纯逆流水洗，完成粗化。

该粗化方案可操作性良好，成本低，表面粗糙度Ra可达0.2微米。

Claims (7)

1.一种超粗化引线框架电镀预处理工艺，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：使用有机酸粗化液对引线框架进行喷淋处理；

步骤2：喷淋处理后，再经过超纯逆流水洗，使用盐酸溶液进行浸泡处理，再经过超纯逆流水洗，完成一级粗化；

步骤3：使用酸性镀铜溶液进行二次粗化，引线框架为阴极，不锈钢板为阳极，进行电镀铜，电镀铜时用脉冲整流器进行电流调整。

2.根据权利要求1所述的一种超粗化引线框架电镀预处理工艺，其特征在于，步骤1中所述有机粗化液主要组分包括甲酸、氯化铜、氯化钠、氯化铵、乙二胺、柠檬酸盐、酒石酸盐，所述机酸粗化液中Cu²⁺离子含量为15-30g/L，甲酸占总溶液体积比的5％-15％，氯化钠和氯化铵含量各为8％-10％，柠檬酸盐和酒石酸盐含量各为0.5％-2％。

3.根据权利要求1所述的一种超粗化引线框架电镀预处理工艺，其特征在于，步骤1中所述有机酸粗化液的喷淋压力要求为0.15-0.2MPa之间，有机酸粗化液的处理温度维持在20-40℃，喷淋粗化的时间控制在15-90s之间。

4.根据权利要求1所述的一种超粗化引线框架电镀预处理工艺，其特征在于，步骤3中所述酸性镀铜溶液的主要成分包括硫酸、硫酸铜、硫酸钛、钨酸钠，Cu²⁺离子含量为15-25g/L，硫酸含量为100-120g/L，硫酸钛含量为0.5-1.5g/L，钨酸钠含量为0.05-0.15g/L。

5.根据权利要求1所述的一种超粗化引线框架电镀预处理工艺，其特征在于，步骤3电镀过程使用空气搅拌，电流密度控制在30-50A/dm²，电镀过程中需增加镀液过滤泵，进行连续循环，电镀处理后再经过超纯逆流水洗。

6.根据权利要求1所述的一种超粗化引线框架电镀预处理工艺，其特征在于，步骤3中所述不锈钢板为网孔状的304不锈钢板，厚度0.2-0.6mm。

7.根据权利要求1所述的一种超粗化引线框架电镀预处理工艺，其特征在于，该超粗化引线框架电镀预处理工艺可以根据粗化程度的不同进行选择性设置，可以取消步骤1有机酸粗化和步骤2盐酸清洗，只进行步骤3酸性镀铜工艺来粗化；或者取消步骤3酸性镀铜工艺，使用步骤1有机酸粗化和步骤2盐酸清洗来进行粗化。