《集成电路封装工艺项目教程（活页式）》 课件 项目7 电镀

电镀项目导读本项目从电镀工艺任务入手，先让读者对芯片电镀工艺有一个初步了解；然后详细介绍电镀工序中的物料整理、软化浸泡、电镀等职业技能。通过电镀工艺的任务实施，让读者进一步了解电镀工艺。知识目标1.了解电镀工艺2.掌握电镀的工艺操作3.掌握电镀的质量评估4.会识读电镀工艺相关的随件单技能目标1.能正确操作电镀的设备，设置相关设备的常规参数2.能正确排查电镀设备常见故障教学重点1．电镀的工艺2．检验电镀的质量教学难点电镀工艺的实施建议学时6学时推荐教学方法从任务入手，通过电镀的操作，让读者了解电镀的工艺操作，进而通过电镀工序的操作，熟悉电镀的质量评估推荐学习方法勤学勤练、动手操作是学好电镀工艺的关键，动手完成电镀工艺任务实施，通过“边做边学”达到更好的学习效果电镀知识准备知识准备在芯片制造中，电子电镀与光刻技术同等重要：光刻技术在硅片上制作出高度集成的晶体管，形成芯片的“脑细胞”；电子电镀技术制作晶体管之间逻辑互连的电子导线，形成芯片的“神经网络”。芯片制造电子电镀工艺的技术难点是要在保证小尺寸、大深径比结构填充能力的同时提高互连线电性能、可靠性和平坦化潜力。今年，位于苏州相城经济技术开发区的晟盈半导体（SWAT）向一家国内知名驱动IC制造公司交付了一台ECD平台，引发业内高度关注。这台金凸块全自动电化学沉积（电镀）设备不仅是该领域首台国产化设备，也代表着国内电化学沉积技术在大尺寸金凸块先进封装领域取得了新的突破。电化学沉积ECD设备可以支持系统级封装（SiP）、晶圆级封装（WLP）等先进封装技术。随着摩尔定律逐渐走到物理极限，集成电路的技术路线呈现出从2维向3维发展的趋势。尤其在高性能芯片的制造方面，先进封装承担着实现超越摩尔的技术使命，市场需求维持较高速度的增长，带动行业产值快速提升，使得电化学沉积ECD设备迎来了需求爆发期。1.了解“电镀工艺”的定义、原理及质量要求2.熟悉电镀实训的设备和材料3.熟悉电镀的现场作业指导书知识目标知识准备一、电镀工艺1.

电镀塑封或激光打标之后，需要在引线框架外露的部位覆上一层金属，用于保护外露的芯片引脚，增加其可焊性。方法电镀电镀就是利用金属材料和化学方法，在引线框架表面（材质通常为铜）镀上一层镀层。浸锡浸锡是将框架条直接浸入调配好的锡液中，在外露的框架表面行形成锡层。对封装后引线框架（以下简称“框架”）外引脚的表面处理主要有电镀或浸锡工艺，是在框架外引脚上作保护性镀层，其中电镀比较常用。电镀是利用电解使金属或合金沉积在制件表面，形成均匀、致密、结合力良好的金属层的过程。塑封或打标后，需要在框架外露的部位覆上一层金属，用于保护外露的芯片引脚，增加其可焊性与抗氧化性。对于不同封装材料的封装产品，其镀层的金属会有所区别，比如塑料封装一般采用镀锡的方法，金属封装一般采用镀镍的方法。一、电镀工艺1.

电镀（1）作业产线比较电镀：一般是在流水线式的电镀槽中进行，通过持续运动的钢带运送框架，依次经过电解除油槽、去氧化物槽、活化槽、酸洗（电镀）槽、中和槽，清洗槽、烘干槽等作业槽。浸锡：通过溶液槽浸泡的方式，第一道工序也是清洗，然后将预处理后的待加工制品在助焊剂中浸泡，再浸入铅锡合金溶液，最后清洗、干燥，完成锡层制作。（2）特点比较电镀：锡层容易中间薄，周围厚（电荷集聚效应），电镀液可能会造成离子污染，但电镀层要比热浸层均匀，一般都比较薄，从几微米到几十微米不等。浸锡：容易引起镀层不均匀，中间厚，边上薄（表面张力作用），但该方法设备简易、操作方便。一、电镀工艺2.电镀与浸锡的比较硬件条件实现电镀过程必须有五个硬件，即①直流电源；②镀槽；③含电镀金属离子的溶液；④阳极（要电镀的金属）和阴极（加工的工件）；⑤导电线路（如导电棒、电缆、挂架等）。把五种硬件组合成电镀电路，开通电源后就能把电镀金属包覆到工件上（阴极）。

一、电镀工艺3.电镀原理电镀锡置换镀锡是一种通过改变反应电位的置换反应。由于Cu+/Cu和Cu2+/Cu的标准电极电位都较Sn2+/Sn的标准电极电位高，故从热力学角度而言，铜上直接置换出镀液中的锡是不能自发进行的，要实现这一过程必须加入铜离子络合剂（即电位调整剂）。一、电镀工艺3.电镀原理在进行电镀时，对于电镀的质量需要注意以下几项指标。一、电镀工艺4.电镀的质量要求镀层外观A厚度B锡层结合力C可焊性D电镀实训设备材料软化浸泡设备甩干机电镀设备上料盒分隔片编号牌二、电镀材料与设备二、电镀材料与设备1.上料盒该工序的上料盒用于框架的软化浸泡。将框架整齐地放于上料盒内可实现物料的转移与作业，由于软化浸泡作业时需要经过物料转移、浸泡、甩干等操作，故上料盒上端有可固定的上盖。二、电镀材料与设备2.分隔片分隔片在电镀作业时，用于分隔每批次中有不良标记的框架和合格框架。由于电镀时是流水线作业，上料时，分隔片放在本批次的有不良标记框架与合格框架之间，可以便于在收料时区分有不良品的框架，一般使用假片。二、电镀材料与设备3.编号牌编号牌在电镀作业时，用于区分不同批次。编号牌使用原理与分隔片类似，上料时，放在每个批次的开头，标志着上一批次产品已经结束，本批次产品开始，方便收料。二、电镀材料与设备4.软化浸泡设备软化浸泡设备是由多个浸泡槽组成的自动设备，主要包含了装热碱溶液的软化浸泡槽，以及装纯水的清洗浸泡槽，可以软化框架上的塑封溢料。二、电镀材料与设备5.甩干机甩干机是利用离心力的原理设计的，此处用于框架在软化浸泡后的甩干，运转稳定、平衡性好，噪音低，脱水率高。二、电镀材料与设备6.电镀设备电镀设备通常为流水线的形式，整台设备包含多个作业槽，生产线从结构上主要由传送系统、循环系统、作业槽和控制系统及部分组成。三、电镀作业指导书1.电镀工位简介三、电镀作业指导书2.电镀操作流程三、电镀作业指导书3.电镀技能点三、电镀作业指导书4.显示界面1.电镀的定义、原理及质量要求2.电镀实训设备与材料3.电镀现场作业指导书课程小结知识准备任务十四电镀工艺实施电镀1.了解电镀工序的物料准备2.了解电镀工序的软化浸泡过程3.熟悉电镀设备准备操作步骤4.熟悉电镀设备运行操作步骤知识目标任务十四电镀工艺实施（1）根据生产安排，领取待电镀的框架物料；（2）整理领取的框架，整齐地放入上料盒内；（3）使用软化浸泡设备处理框架，并进行甩干；（4）根据作业产品，在电镀设备界面调取电镀程序；（5）将一部分框架放置于上料区，运行过程中持续补料；（6）运行电镀设备，在收料区收取电镀后的框架；（7）检查电镀质量；（8）完成物流回库与物料交接。任务描述作业前，需要根据生产排班，领取待电镀作业的产品，并将物流从待生产库中导出。操作步骤如下：（1）查看生产安排。（2）领取框架。（3）出库物流信息。（4）移至浸泡摆放区。一、电镀物料准备1.物料领取为方便物料的转移与浸泡，将框架整理后放入上料盒内，固定盖子。操作步骤如下：（1）整理框架。（2）放编号牌。（3）装料。一、电镀物料准备2.物料整理本次浸泡作业在2号软化槽内进行，故设置对应的时间和温度后，运行设备，收料后甩干。操作步骤如下：（1）设置时间。（2）设置温度。（3）调整自动运行模式。二、软化设备准备与运行1.软化设备准备二、软化设备准备与运行2.软化设备运行按下操作面板上“启动”按键，运行软化浸泡设备，设备自动将装有框架的上料架移入软化槽，对框架进行浸泡。3.收料与甩干（1）收料。收取软化浸泡后的框架，移至旁边的甩干机内，如右图所示。（2）设置甩干时间。根据程序单信息，在甩干机操作盘上，设置甩干时间。（3）运行甩干机。单击“启动”按键，运行甩干机。二、软化设备准备与运行（4）检查甩干情况。到达设定时间后，甩干机自动停止，打开甩干机机盖，检查甩干情况。甩干时间设置过短，框架表面可能会有水分残留；甩干时间设置过长，则影响生产效率。（5）移至电镀区。取出甩干机内的框架，转移至电镀上料桌，如右图所示。3.收料与甩干二、软化设备准备与运行电镀设备准备中包含了电镀设置和上料区装料。操作步骤如下：（1）取出物料。（2）装料。三、电镀生产运行与作业结批1.电镀设备准备（3）调取电镀程序。在电镀设备显示界面，根据产品要求，设置对应的参数，设置完后调取对应的电镀程序三、电镀生产运行与作业结批1.电镀设备准备（1）运行电镀设备。三、电镀生产运行与作业结批2.电镀设备运行（1）运行电镀设备。（2）电镀设备运行过程。三、电镀生产运行与作业结批2.电镀设备运行（1）运行电镀设备。（2）电镀设备运行过程。（3）收料。（4）检查电镀质量。（5）移至物流系统处。三、电镀生产运行与作业结批2.电镀设备运行（1）入库（即回库）。扫描随件单上的信息条码，确认入库。（2）存放。将电镀制品移至电镀产品暂存区，电镀产品暂存货架上，后续会被转移至待切筋成型产品区。三、电镀生产运行与作业结批3.作业结批1.电镀工序的物料准备2.电镀工序的软化浸泡过程3.电镀设备准备操作步骤4.电镀设备运行操作步骤课程小结任务十四电镀工艺实施任务十五电镀质量检查及异常处理电镀1.了解软化槽缺液报警的分析与处理2.了解框架边缘烧焦的分析与处理3.了解框架边缘漏铜的分析与处理知识目标任务十五电镀质量检查及异常处理（1）判断电镀过程中不同的故障现象，分析其产生的原因；（2）针对故障进行排查与处理。（3）重新运行并检查故障是否已排除。任务描述一、软化槽缺液报警软化槽缺液是针对软化浸泡设备的，其每个槽内都有设定的液位标准。当设备缺液报警时，表示传感器检测到槽内液面已低于标准，此时槽内溶液无法完全浸没产品，导致浸泡或清洗不完全，影响后续作业。遇到该故障时，首先确认是哪个槽报警；然后领取对应的溶液进行补充，解除报警。（1）检查异常现象①到对应工位。移动至软化浸泡区，发现设备暂停，并异常报警。②查看报警内容。单击设备控制台界面，可以看到，界面显示“软化槽2缺液”，如右图所示。单击“确定”关闭窗口。一、软化槽缺液报警1.异常现象与原因一、软化槽缺液报警2.异常排查与处理领取软化液检查与处理步骤一、软化槽缺液报警2.异常排查与处理领取软化液补液加热软化液检查与处理步骤一、软化槽缺液报警3.重新运行并检查（1）在操作面板上启动设备，观察软化设备试运行情况。（2）软化设备若没有出现报警现象以及设备正常运行，则处理完成。二、框架边缘烧焦框架边缘烧焦是指框架边缘处的锡层发黑，一般是局部电流电压过大造成的，可能是电镀过程中。1.异常现象与原因（1）查看框架外观。（2）判断原因。二、框架边缘烧焦2.异常排查与处理二、框架边缘烧焦检查其他框架确认原因检查与处理步骤2.异常排查与处理二、框架边缘烧焦检查其他框架确认原因退镀清洗检查与处理步骤3.重新运行并检查（1）将框架重新放于电镀设备的上料区，在电镀设备操作面板上按下“运行开关”按键。（2）根据电镀设备试运行的情况，判断框架电镀质量。二、框架边缘烧焦三、框架边缘漏铜框架漏铜（即漏镀或露铜）表示锡层覆盖不完全，使得框架的铜材质外露，电镀不良。1.异常现象与原因（1）查看框架外观。（2）判断原因。三、框架边缘漏铜2.异常排查与处理确认原因退镀检查与处理步骤三、框架边缘漏铜2.异常排查与处理确认原因退镀检查电镀设备参数检查与处理步骤三、框架边缘漏铜2.异常排查与处理确认原因退镀检查电镀设备参数倒入电镀液检查与处理步骤三、框架边缘漏铜3.重新运行并检查（1）电镀液补充完成后，将框架重新放于电镀设备的上料区，运行设备。（2）根据电镀设备试运行的情况，判断框架电镀质量。三、框架边缘漏铜1.软化槽缺液报警的分析与处理2.框架边缘烧焦的分析与处理3.框架边缘漏铜的分析与处理课程小结任务十五电镀质量检查及异常处理关键知识梳理1．电镀是对封装后的框架（以下简称“框架”）外引脚进行表面处理，是在框架外引脚上作保护性镀层。（1）目前主要有电镀、浸锡2种，其中电镀比较常用。（2）电镀是利用电解使金属或合金沉积在制件表面，形成均匀、致密、结合力良好的金属层的过程。（3）塑封或打标后，需要在框架外露的部位覆上一层金属，用于保护外露的芯片引脚，增加其可焊性与抗氧化性。（4）对于不同封装材料的封装产品，其镀层的金属会有所区别，比如塑料封装一般采用镀锡的方法，金属封装一般采用镀镍的方法。关键知识梳理

关键知识梳理3．电镀锡的过程为：在直流电源的作用下，电流通向阳极，阳极锡球（或锡板）不断失去电子而氧化成金属离子，扩散到电镀液中（阳极的溶解过程）；失去的电子在电源电势的驱动下，向电流反方向运动，通过直流电源聚集到阴极上，锡离子在阴极上不断得到电子而还原成金属镀层。4．在进行电镀时，对于电镀的质量需要注意以下几项指标。（1）镀层外观：镀层需呈银白色、灰白色状态，色泽均匀一致，无水迹、无针孔、无麻点、无堆积、无漏镀等缺陷，框架无变形；（2）厚度：为了避免引脚间短路，对镀层的要求不宜太厚，一般锡层厚度需控制在7-20μm左右，误差精度需控制在±2μm。比如，锡层生产厚度11μm时，其厚度的合格范围为11±2μm；（3）锡层结合力：通过结合力测试，保证锡层与框架之间结合牢固；（4）可焊性：通过焊接试验或浸锡试验，保证引脚可焊性良好。关键知识梳理5．在电镀工艺实施中，需要使用分隔片、编号牌、软化浸泡、甩干机以及电镀等设备与材料。（1）上料盒用于框架的软化浸泡；（2）分隔片在电镀作业时，用于分隔每批次中有不良标记的框架和合格框架；（3）编号牌在电镀作业时，用于区分不同批次；（4）软化浸泡设备是由多个浸泡槽组成的自动设备，主要包含了装热碱溶液的软化浸泡槽，以及装纯水的清洗浸泡槽，可以软化框架上的塑封溢料；（5）甩干机是用于框架在软化浸泡后的甩干；（6）电镀设备通常为流水线的形式，整台设备包含多个作业槽，生产线从结构上主要由传送系统、循环系统、作业槽和控制系统及部分组成，每个作业槽具有不同的功能，实现除油、活化、清洗、电镀、干燥等功能。项目考核与评价1.电镀前软化浸泡过程中，下列哪些是软化的主体（）。A.未被塑封料包裹的框架B.将芯片包裹的塑封料C.残留的塑封料溢料D.框架上的晶须2.由于电镀是流水线作业，在电镀时通常会涉及多个批次的芯片同时作业，此时会用到分隔片和编号牌。以下对分隔片和编号牌的作用描述正确的是（）。A.编号牌为了分隔不同批次的框架B.编号牌是为了分隔同一批次中需要剔除芯片的框架和无需剔除芯片的框架C.分隔片是为了分割不同批次的框架D.分隔片是为了分隔不同批次中需要剔除芯片的框架和无需剔除芯片的框架项目考核与评价3.以下关于电镀的顺序，表述正确的是（）。（1）电解除油（2