电子封装中电镀技术的应用

电子封装中电镀技术的应用

申广

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摘要：随着半导体技术的不断发展，电子系统小型化、高速化、高可靠性要求的提高，对电子封装过程中的精细化工艺提出了更高的要求，而电镀作为一种具有局部加工、精细化表面处理特点的材料加工方法，在电子封装过程中起到了越来越重要的作用。电子电镀，是指用于电子产品制造过程中的电镀过程。电镀层根据其功能不同可分为防护性镀层、装饰性镀层以及功能性镀层，在电子封装产业中，主要是功能性镀层。

关键词：电镀；技术；应用

1电镀技术的发展

1.1Ni-Co合金镀层

Ni-Co合金镀层具有优异的高温耐磨性能，已经成功应用到钢厂连铸连轧机的关键部件结晶器表层，大幅度提高了结晶器的使用寿命。连铸结晶器的工作在350℃左右。连铸结晶器应具有良好的导热性，同时还需承受与钢坯之间的摩擦。为此，连铸结晶器通体采用铜合金制造，并在结晶器与钢坯相接触的表面制备一层厚度在数毫米的高温耐磨材料层。Ni-Co合金镀层优异的高温耐磨性能正适应了结晶器对与钢坯相接触表面的高温耐磨性要求。目前，Ni-Co合金镀层已经大量应用在连铸结晶器表层镀层材料。

1.2电镀纳米金属多层膜

纳米金属多层膜是一种由厚度在纳米尺度的不同金属层交替叠加形成的金属多层膜。由于构成纳米金属多层膜的各金属材料层的厚度在纳米尺度，这类薄膜材料往往表现出纳米材料独特的力学性能、电磁学性能和光学性能。

1.3复合镀技术

复合镀技术通过将无机材料以及高分子材料的粉体加入镀液中，搅拌使之在镀液中均匀分散，伴随着电镀或化学镀过程的进行将这类粉体包埋进镀层，形成复合镀层材料。这类复合镀层材料兼具基体金属材料及弥散分布于基体金属中的无机或高分子材料的优势，表现出优异的综合性能。采用化学复合镀的方法制备（Ni-P）-ZrO2复合镀层的成分及镀层断面的扫描电镜照片如图所示。

由图可以看出，ZrO2颗粒在Ni-P合金基体中均匀分布。这种（Ni-P）-ZrO2复合镀层的硬度超过600HV，热处理后的硬度更超过900HV。改变复合镀层中基体金属或复合颗粒，可以得到不同性能的复合镀层，将ZrO2颗粒换成SiC颗粒，同样采用化学复合镀的方法制备的（Ni-P）-SiC化学复合材料镀层，热处理后的硬度可达1200HV。为了改善纯Ni镀层的摩擦学性能，将具有自润滑性能的聚四氟乙烯（PTFE）颗粒与Ni复合，可以制备出具有良好自润滑特性的Ni-PTFE复合镀层。目前，应用于复合电镀的基质金属以及复合微粒的种类还非常有限。将更多种类的基质金属与更大范围的微粒进行复合镀，相信会有性能更多样化也更优异的复合镀层出现。

2印制板及电子封装中电镀技术的应用

电镀技术的最大特点，在于其制造过程是从原子、离子尺度开始，而且无需高温高压等苛刻条件，易于实现定点定位生长。电镀技术的这一特点，使其在印制板及电子封装领域成为不可替代的关键技术。

芯片中的电镀金属互联技术摩尔预测，每隔24个月单位面积上集成晶体管的数量将翻倍。目前的集成电路技术处在22/20纳米技术节点。未来硅基晶体管还将继续缩小，从现有的22纳米技术代一路发展到4纳米技术代。目前，集成电路中接触孔工艺已经被局域互连技术替换。局域互连技术的关键在于第一层金属图形形成之前先形成通孔，再采用基于电镀技术的双大马士革工艺同时填充金属Cu。

2.1三维电子封装技术

随着集成电路中晶体管数量的逐年成倍增加，三维集成与封装技术越来越显示出其重要性。目前，三维集成与封装技术发展的重点在于三维叠层封装以及封装体的三维叠层，而键合技术则是实现三维叠层的关键。由于金属/焊料微凸点键合在电气互连、散热以及结构支撑等方面具有的优势，已经成为键合技术中的关键技术。高密度的微凸点是实现金属/焊料微凸点键合的基础。将光刻掩膜技术与金属电镀技术相结合制备出的尺寸精确的凸点，完全能够达到三维叠层对微凸点键合的要求。将集成电路晶片上的铜配线技术与多层聚酰亚胺印制板技术相结合形成的在多层印制板内的IC封装技术，可以制备出集成电路内藏基板，这一技术已经开始应用于新一代系统封装以及手机基板。

2.2超高密度印制板及层间互联技术

近年市场上出现的各种新型便携式电子产品，已经普遍采用超高密度印制电路板。这类产品中的超高密度印制电路板不仅是各种组件的承载平台，更借助于立体封装技术实现了系统整合。由印制线路的高密度化以及更高的接点密度形成的超高密度印制线路板已经成为未来印制板技术的发展方向。超高密度印制板技术的关键在于任意层间的金属互连技术。任意层间的金属互连技术可实现超高密度印制板内所有相邻两层之间的电气连接。通过电镀铜技术实现超高密度印制板内任意相邻两层之间的盲孔连接，是目前应用最为广泛的任意层间金属互连技术。

3引线框架型封装中的电镀技术

PPF引线框架电镀技术，PPF引线框架是一种在引线框架电镀过程中一次性完成内腿金线键合性镀层和外腿可焊性镀层表面处理的特殊引线框架。

全面镀Ag系PPF引线框架，可省去局部电镀装置，从无铅化和引线框架生产效率来看，是一种好方法，目前在我国也得到了一定的应用。但引线框架若全部镀覆平均4μm以上厚度的贵金属Ag，则成本较高，资源过于浪费。另外，如前所述，Ag的电迁移现象会降低产品的可靠性。因此，全面镀Ag系PPF引线框架不可能用于窄节距、多腿高密度IC产品，应用范围具有很大的局限性。

最近的统计数据显示，对于QFP、SOP、QFN、SON等表面贴焊型窄节距、高密度IC，许多大公司纷纷采用或正在积极探讨全面镀Pd系PPF引线框架的封装技术。这种镀Pd系PPF引线框架具有生产效率高、成本较低、耐高温性和抗腐蚀性好、不易发生电迁移现象、无晶须生成等优点。因此，采用Pd系PPF引线框架的封装技术已成为高密度、轻小型、IC可焊性镀层无铅化的一个重要发展方向。近年来，因Pd在汽车行业的用量减少，价格趋于平稳，一般不超过70元/克，加上近年电子行业对无铅化技术的需求，人们对PdPPF技术越来越重视。金属Ni与Au可形成固溶体，在与金线键合时可形成很好的固溶合金层，从而具有良好的结合强度：同时，Ni又能与金属Sn形成金属间化合物，因此又可与Sn合金钎料形成良好的焊接性。但Ni在室温或高温条件下极易氧化，其表面形成致密的氧化膜，会很快失去上述2种焊接性，故在实际生产中一般都采用再镀覆极薄的贵金属Pd或Pd/Au的办法来解决。由于其中Pd层对于防止Ni氧化和扩散所起的作用非常大，所以人们一般把这种引线框架称为PdPPF引线框架。在封装中，当与金线键合或与焊锡焊接时，钯与金会被熔融的金或焊锡溶蚀掉，结果金、焊锡直接与镍形成很好的键合。

4结束语

在电子封装领域，合格的镀层质量及可靠的电镀技术是封装产品质量的重要保证。在电子封装行业内对电镀技术进行科学合理的规范，有助于提升技术水平，完善工艺条件，进而提升产品的质量稳定性和可靠性。希望行业内技术人员、骨干企业能够共同完善，让封装电镀标准成为中国制造重要保障。

参考文献:

[1]姚素薇，姜莹，张卫国．纳米巨磁电阻材料的电化学制备及其应用［J］纳米技术与精密工程，2013，4（2）：17．

[2]迟广俊，冯钊永，姚素薇．纳米金属多层膜与多层纳米线的电化学制备及其表征［J］．物理化学学报，2013，19（2）：10．