文章來源：學(xué)習(xí)那些事

原文作者：前路漫漫

本文介紹了功率器件電鍍的原理以及步驟。

概述

在功率半導(dǎo)體制程里，電鍍扮演著舉足輕重的角色，從芯片前端制程到后端封裝，均離不開這一關(guān)鍵工序。目前，我國中高檔功率器件在晶圓背面金屬化方面存在技術(shù)短板，而攻克這些技術(shù)難題的關(guān)鍵在于電鍍。借助電鍍實(shí)現(xiàn)功率器件晶圓背面金屬化，可使其能夠承受高電壓、大電流，從而拓展功率器件的應(yīng)用場(chǎng)景。在后端封裝工序中，電鍍能提升功率器件的可焊性，利于熱量傳導(dǎo)，還具備出色的防腐蝕性能，保障芯片在特殊環(huán)境中長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定使用。

正金與背金

在中高檔功率器件制造時(shí)，芯片正面和背面的金屬導(dǎo)出都依賴電鍍工藝。通過電鍍實(shí)現(xiàn)的表面金屬化，可將功率器件的性能導(dǎo)出最大化，使其能承受高電壓、大電流，足見電鍍工藝的重要性。

芯片正面金屬導(dǎo)出，是在芯片正面鋁基材基礎(chǔ)上，經(jīng)二次沉鋅后，在沉鋅表面依次沉積鎳、鈀、金三層金屬。芯片正面的金層確保了芯片與金線的可靠連接，保障電路穩(wěn)定運(yùn)行。添加鈀層，可防止鎳離子遷移至金層，避免出現(xiàn)黑金現(xiàn)象，影響焊接牢固性。

芯片背面金屬導(dǎo)出，對(duì)于大功率器件承受高電壓、大電流極為關(guān)鍵。傳統(tǒng)真空熱蒸方式只能將金屬層厚度控制在約10μm，而電鍍方式可使背面金屬層達(dá)約80μm，保障功率器件在高電壓、大電流環(huán)境下正常工作。具體流程是先通過真空熱蒸在芯片背面依次覆蓋鈦、鎳、銀三層金屬，再用電鍍?cè)阢y層表面鍍上80μm的銀層，銀層厚度依據(jù)功率器件要求設(shè)計(jì)，目前車載和高鐵功率器件銀層厚度一般在50μm左右。傳統(tǒng)真空熱蒸的厚銀層僅適用于低檔功率器件，增加厚度會(huì)出現(xiàn)中間薄、四周厚的情況，且銀層易分層，影響性能。

本文介紹的TO類功率器件電鍍屬于引線框架類電鍍，是在功率器件封裝工序中，在芯片引腳上鍍覆金屬錫層，以此提高功率器件的可焊性，同時(shí)防止其受腐蝕，延長(zhǎng)使用壽命。

去飛邊

TO類電鍍的首要步驟是去飛邊（Flash）。塑封時(shí)，塑封料沿模具導(dǎo)路流動(dòng)，受壓力擠壓在模腔填充成形，會(huì)有塑封料溢出并在后烘固化后黏附在框架引腳或基板上。因塑封料絕緣，會(huì)影響電氣連接，且塑封料內(nèi)添加的潤(rùn)滑劑會(huì)在封裝體表面形成薄膜，影響后續(xù)激光打標(biāo)質(zhì)量，所以需進(jìn)行表面處理。

去飛邊主要有三種方式：第一種是電化學(xué)軟化加高壓去除；第二種是化學(xué)浸泡軟化加高壓去除；第三種是高壓噴砂去除。目前多采用前兩種方式，高壓噴砂因會(huì)影響塑封表面，較少使用。隨著技術(shù)發(fā)展，出現(xiàn)激光燒灼去飛邊方式，原理簡(jiǎn)單、定位精準(zhǔn)，可輕松去除溢料，但效率低、成本高，常用于功率模塊等高附加值封裝。

電化學(xué)方式軟化是利用電化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的氫氣泡使飛邊松散，再用高壓水去除。化學(xué)浸泡方式則是將產(chǎn)品浸泡在軟化藥水中軟化飛邊，然后用高壓水去除溢料。電化學(xué)方式所用高壓水壓力相對(duì)較低，約50kgf即可去除飛邊；化學(xué)浸泡方式所需壓力較大，通常在100kgf以上。此外，產(chǎn)品引腳金屬表面在空氣中易氧化，產(chǎn)生黑色與紅色雜質(zhì)，電鍍前需用酸去除氧化層，相關(guān)反應(yīng)為：CuO + H?SO? = CuSO? + H?O（反應(yīng)較快），Cu + H?SO? = CuSO? + H?（反應(yīng)較難發(fā)生） 。

在金屬表面電鍍前，還需進(jìn)行活化處理，以增強(qiáng)鍍層附著力，減少電鍍不良。表面活化是在產(chǎn)品表面形成細(xì)小齒痕，通過增大反應(yīng)表面積，提高反應(yīng)速度和表面附著性。去飛邊、去氧化、活化過程中，產(chǎn)品表面的反應(yīng)變化過程（預(yù)處理過程）。

上述去飛邊、去氧化、活化、預(yù)浸過程統(tǒng)稱預(yù)處理過程，工程上稱為電鍍前處理，簡(jiǎn)稱前處理。封裝經(jīng)前處理后，便可進(jìn)行電鍍。

電鍍工序主要目的包括：防止引腳表面在惡劣環(huán)境下氧化和腐蝕；利于傳熱，提高可焊性；增加特殊物理性質(zhì)，提升產(chǎn)品附加值。電鍍的電化學(xué)反應(yīng)過程為：在含游離金屬離子的溶液中通直流電，電鍍金屬在陽極失電子成為金屬離子溶解于溶液，金屬離子受電流作用向陰極移動(dòng)，在陰極得電子還原成金屬并附著在待鍍產(chǎn)品引腳表面，形成金屬薄膜。具體反應(yīng)為：陽極發(fā)生氧化反應(yīng)，Sn - 2e? = Sn2? ，錫呈離子態(tài)析出到鍍液中；陰極發(fā)生還原反應(yīng)，在引腳表面形成錫層，強(qiáng)電流下會(huì)產(chǎn)生H? 。因此，電鍍時(shí)需控制電流和排出氫氣，防范爆燃危險(xiǎn)。

電鍍工序完成后，需進(jìn)行后處理，主要是去除產(chǎn)品表面附著的酸性電鍍液，并烘干產(chǎn)品。去除酸性溶液采用中和反應(yīng)，利用堿性溶液中和，同時(shí)防止鍍層變色。

早期，引線框架外引腳可焊性鍍層多采用Sn-Pb合金，因其綜合性能優(yōu)良、成本低廉，廣泛應(yīng)用于電子連接和組裝，且形成了成熟工藝和完善評(píng)價(jià)體系。近年來，全球無鉛化運(yùn)動(dòng)打破原有格局。經(jīng)多年研究，可焊性鍍層無鉛化取得較大進(jìn)展，主要包括Sn-Cu、Sn-Bi、Sn-Ag合金鍍層、純Sn鍍層以及預(yù)電鍍（Pre-Plating Frame Finish，PPF）技術(shù)。如今，許多公司已推出無鉛電鍍藥品和工藝，并得到實(shí)際應(yīng)用。