談影響半導(dǎo)體器件引線可焊性的因素

謝康 潘廷龍 石蔚春

摘要：器件引線具有可焊接性，對整個機(jī)器設(shè)備的質(zhì)量有很大的影響，它會影響整機(jī)的穩(wěn)定。引線可焊性又與引線錫鍍層質(zhì)量有很大關(guān)系。在明確鍍層類型和工藝后，需要詳細(xì)分析可焊性引線的影響因素，才能有效指導(dǎo)實(shí)際應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：半導(dǎo)體；器件引線；可焊性

中圖分類號：TN303 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

對于一個整機(jī)來說有成千上萬個焊接點(diǎn)，但是只要存在一個脫焊或是虛焊情況，就會給整個機(jī)器的運(yùn)轉(zhuǎn)造成影響，甚至導(dǎo)致整機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)。所以，在實(shí)際應(yīng)用中，詳細(xì)分析引線可焊接性存在的影響因素，才能保證元器件良好的引線可焊性。

1 基體和錫鍍層結(jié)合因素

鍍層和基體結(jié)合的良好給引線可焊性會造成一定的影響。關(guān)于三極管半導(dǎo)體引線選擇的機(jī)體材料一般是可伐材料，它的主要成分是鐵鉆鎳，鎳含量是29%，鐵含量是54%，鉆是17%[1-2]。鐵、鈷都與錫很難親和，很容易被氧化，所以，實(shí)際應(yīng)用中需要先鍍一層鎳，但是鎳層很容易產(chǎn)生一層氧化膜，有因為引線半導(dǎo)體期間鍍錫選擇的是電鍍成品管方式，在實(shí)際成產(chǎn)成品管中，因為保護(hù)不合理，操作不規(guī)范等情況，腐蝕環(huán)境下接觸空氣，很容易使引線表面被侵蝕或是氧化，從而產(chǎn)生碳酸鹽和氧化物等。另外，在制作期間中，如果不進(jìn)行老化、高溫?zé)Y(jié)工序，會加快引線鎳層的氧化，從而形成一層很厚的氧化膜，造成鎳層機(jī)體和錫層無法更好結(jié)合。另外，氧化膜在集體和錫層之間包夾著，會降低錫層的可焊性。如果出現(xiàn)氣 液 固潤濕界面狀態(tài)下，當(dāng)液滴停留在固體表面不動時，張力的三個界面會出現(xiàn)失衡情況。相關(guān)公式如下：

公式中，θ表示接觸的角，T固氣.T液固 T液氣 分別表示固體和氣體、液體和固體、氣體和液體之間界面的張力。如果0<θ<90，這時液體可以潤濕固體的，而要求T固氣>T液固 如果引線表面存在氧化膜，有因為氧化物表面和金屬表面的張力相比較低，造成T固氣

，使液態(tài)焊料對引線產(chǎn)生的潤濕程度能力降低，從而造成可焊性較差情況。

如果想要將引線表面的氧化膜除去，可以使用稀釋硫酸溶液、鹽酸等侵蝕方法，或是采取電化學(xué)侵蝕法、氫還原法等。經(jīng)過多數(shù)研究表明，選擇侵蝕法比較好。這種方法是選擇硫酸溶液70%進(jìn)行電解，再使用不銹鋼板作為陰極，利用塑料棒引電進(jìn)行侵蝕。

采取電化學(xué)方法進(jìn)行化學(xué)作用，可以將氧化膜溶解掉，而在電化學(xué)反應(yīng)下也會產(chǎn)生一定的氣泡，這樣更利于氧化膜的脫落。這種操作方法比較簡單，而且用時比較短，侵蝕后可以利用離子水進(jìn)行沖洗，然后就能進(jìn)行電鍍錫。關(guān)于氧化膜除去方法比較見表1。

從表格對比中可以看出，鍍錫前可以選擇電化學(xué)侵蝕引線是比較好的方法，這種方法可以將氧化膜徹底出掉，保證金屬表面活化潔凈，從而是鎳層和錫層有效結(jié)合。

2 鍍錫層厚度影響因素

關(guān)于可焊性的影響因素鍍錫層厚度也是其中之一。因為錫與空氣長時間接觸會被慢慢氧化，如果鍍層比較薄，那么存放的時間就會越短，在電化學(xué)和氧化腐蝕情況的鍍錫層，首先很容易使引線表面基體有一層氧化物附著，或是被其他難溶性物質(zhì)附著；其次就是減少使用錫層的厚度。如果鍍層較厚，也會造成資源浪費(fèi)情況，很容易使錫層起皮，所以，在控制鍍層時要掌握好范圍。一般選擇的鍍層厚度是在>5 m且<5m的引線，經(jīng)過高溫老化相關(guān)測試，發(fā)現(xiàn)其具有可焊性。有研究表明，如果使用鍍錫層厚度>5 m的引線具有較好的可焊性，如果<5 m說明可焊性非常差[_[4]。想要提高引線的可焊性，需要將鍍錫層厚度掌握在6～lOm范圍內(nèi)。

3 鍍液中的光亮劑影響因素

為了保證合理的光亮致密錫鍍層，需要在酸性錫鍍也中添加適量的光亮劑。這里選擇錫合金硫酸型光亮電鍍工藝，光亮劑選擇SS-821和SS-880。經(jīng)過大量的實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，如果電鍍工藝正常情況下，就算添加了光亮劑，也不能保證鍍出比較光亮致密的鍍層[5-6]。所以，本文建議加入1～3mL/L的SS-820添加劑，如果鍍層還是不光亮，他就可以是因為鍍液中有機(jī)分解產(chǎn)物和四價錫離子分解達(dá)到了極限。還可以選擇大劑量處理，添加80～40mL/LSS-800處理劑到鍍液中，之后在添加活性炭2～5g/L。在鍍液的過程不管怎樣進(jìn)行調(diào)整和處理，都達(dá)不到想要的光亮劑效果，那就是說明光亮劑因為存放較長的時間，受到光照和溫度的影響，出現(xiàn)變質(zhì)情況，沒有了原來的特性。這種情況會造成鍍層比較粗糙，出現(xiàn)發(fā)灰情況，或是電鍍無法正常進(jìn)行情況。所以，對于光亮劑的使用，生產(chǎn)周期不能大于1年以上。

4 鍍層表面添加防護(hù)涂層

在進(jìn)行引線期間鍍錫之后，表面出現(xiàn)光亮了，但是因為鍍層后的引線長期在空氣中暴露，很容易被氧化侵蝕，而且會從鍍層微孔進(jìn)入機(jī)體內(nèi)層，造成金屬被侵蝕情況，從而使引線可焊性變差。為了避免這種情況出現(xiàn)，提高引線的可焊性，需要在鍍錫層引線外面在涂抹音程防護(hù)性土層，一般選擇點(diǎn)接觸DJB-823固體薄膜保護(hù)劑。實(shí)踐表明，這種保護(hù)劑對器件的電特性影響不是很大，而且對于三極管引線上涂抹防護(hù)土層，在進(jìn)行潮熱實(shí)踐后，發(fā)現(xiàn)漏電流變小。

5 工藝的改進(jìn)操作

傳統(tǒng)的引線都是選擇噴漆工藝，為了避免漆膜污染情況，可以選擇電泳漆工藝。而燒結(jié)工藝可以選擇氮?dú)獗Ｗo(hù)燒結(jié)或是氫氣保護(hù)燒結(jié)，這樣可以減少金屬表面被氧化的程度。

6 結(jié)語

在半導(dǎo)體器件進(jìn)行引線保護(hù)時，詳細(xì)分析引線的可焊性因素對引線器件的更好使用有很大幫助。本文主要是從機(jī)體和錫鍍層相結(jié)合、光亮劑的使用、鍍錫層厚度、鍍層表面保護(hù)、工藝完善等方面進(jìn)行分析，只有解決這些影響因素，才能不斷提高引線的可焊性。另外，也要不斷完善器件引燒結(jié)工藝，充分利用現(xiàn)代化技術(shù)，實(shí)現(xiàn)工藝燒結(jié)的創(chuàng)新，從而保證引線較好的可焊性。

參考文獻(xiàn)

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