賀巖峰，魯統(tǒng)娟，王芳（長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)化工學(xué)院，吉林 長(zhǎng)春 130012）

【綜述】

電子工業(yè)用錫及錫基合金電鍍技術(shù)：現(xiàn)狀及展望

賀巖峰*，魯統(tǒng)娟，王芳
（長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)化工學(xué)院，吉林 長(zhǎng)春 130012）

概述了電子工業(yè)用錫及錫基合金（如錫-銀、錫-銅和錫-鉍）電子電鍍技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀，重點(diǎn)探討了了相關(guān)電鍍工藝、鍍層錫晶須生長(zhǎng)問題和錫及錫合金電鍍?cè)谙冗M(jìn)封裝中的應(yīng)用現(xiàn)狀，最后展望了電子工業(yè)用錫及錫合金電鍍未來的發(fā)展趨勢(shì)。

錫；錫合金；電鍍；晶須；封裝；電子工業(yè)

First-author’s address: School of Chemical Engineering， Changchun University of Technology， Changchun 130012， China

由于錫具有良好的可焊性、延展性、導(dǎo)電性及導(dǎo)熱性，并具有較低的熔點(diǎn)和良好的耐蝕性，因此錫及錫合金作為可焊性及防護(hù)性鍍層已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于電子行業(yè)中。錫及錫基合金的電鍍已經(jīng)成為電子電鍍的重要組成部分，在電子電鍍中占有重要的地位。

隨著歐盟相關(guān)法規(guī)（RoHS和WEEE）的提出及實(shí)施，近十幾年來各種無鉛化錫及錫基合金電鍍技術(shù)得到了廣泛的研究和應(yīng)用。經(jīng)過長(zhǎng)期的應(yīng)用實(shí)踐，工業(yè)上已經(jīng)形成了較為成熟的生產(chǎn)工藝和較為完善的性能評(píng)價(jià)體系。錫及錫基合金的電鍍技術(shù)也有了長(zhǎng)足的進(jìn)步，涌現(xiàn)了許多新方法、新產(chǎn)品和新工藝，一些新問題也相應(yīng)地出現(xiàn)。鍍錫及錫基合金技術(shù)就是在不斷解決各種問題的過程中走過了這十幾年，并不斷地得到發(fā)展。

1　鍍錫及錫基合金技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀

1.1純錫電鍍

純錫電鍍是各種無鉛鍍層中研究和應(yīng)用最早的電鍍工藝。歐盟的RoHS指令（關(guān)于在電子電器設(shè)備中限制使用某些有害物質(zhì)的指令）于2002年10月11日批準(zhǔn)，2003年2月13日正式發(fā)布，規(guī)定指令的實(shí)施日期是2006年7月1日。但是由于相關(guān)報(bào)道早已出現(xiàn)，無鉛化在2002年就已經(jīng)開始進(jìn)入實(shí)質(zhì)性的研究階段。在2002年，國(guó)內(nèi)已經(jīng)有企業(yè)開始試驗(yàn)及試用無鉛純錫電鍍產(chǎn)品。純錫電鍍?cè)陔娮与婂冎械膽?yīng)用及發(fā)展主要是在2003年至2006年間。這期間正值國(guó)內(nèi)微電子行業(yè)大發(fā)展，新建可焊性電鍍生產(chǎn)線基本全部采用了無鉛純錫電鍍。電子行業(yè)從最初的遲疑、徘徊到最后認(rèn)同、接受了無鉛化純錫電鍍產(chǎn)品。經(jīng)過多年的研究和推廣，現(xiàn)在無鉛純錫電鍍不但得到了國(guó)內(nèi)企業(yè)的普遍認(rèn)同和廣泛應(yīng)用，也逐步為歐美、日本等國(guó)家所接受。

但純錫電鍍中依然存在著一些問題［1］：

（1） 錫晶須問題。純錫電鍍中最大的問題依然是錫晶須，由于錫晶須的存在，純錫電鍍主要是應(yīng)用于集成電路（IC）及器件的引腳電鍍（通常用于引線間距大于0.5 mm的場(chǎng)合）。十幾年持續(xù)的、大規(guī)模的純錫電鍍應(yīng)用表明，如果使用得當(dāng)，錫晶須是可以控制在可接受水平的。

（2） 變色性問題，包括儲(chǔ)存變色和回流焊變色。盡管經(jīng)過十余年的發(fā)展，變色性問題已經(jīng)可以通過工藝、添加劑及后處理得到控制和解決，但這仍然是電鍍純錫工藝中最頻繁出現(xiàn)的問題之一。

（3） 鍍液渾濁問題。目前鍍錫溶液的抗氧化技術(shù)已經(jīng)取得長(zhǎng)足的進(jìn)步，鍍液的穩(wěn)定性已經(jīng)得到很大改善，但鍍液的渾濁問題依然存在，也時(shí)有發(fā)生。

此外，還有焊接溫度較高（回流焊峰值溫度通常為 260 °C）及存在著其他可靠性問題（例如 Cu/Sn界面的Cu6Sn5層可能出現(xiàn)微孔，焊點(diǎn)可能出現(xiàn)空洞等）。

目前，工業(yè)上廣泛采用的純錫電鍍有多個(gè)品種：鍍層方面有啞光和光亮，鍍液分為甲基磺酸體系和硫酸體系。對(duì)于普通的信號(hào)型和功率型元件（例如小外形晶體管封裝 SOT、小外形封裝SOP、四邊引線扁平封裝 QFP等）引腳，通常采用甲基磺酸啞光電鍍，少數(shù)采用硫酸啞光電鍍。對(duì)于引腳間距較大的器件（例如晶體管外形封裝TO等）的引腳，通常采用硫酸光亮電鍍或甲基磺酸光亮電鍍。

1.2Sn-Ag電鍍

由于錫和銀的標(biāo)準(zhǔn)電極電位相差很大［φθ（Sn2+/Sn）= -0.137 5 V，φθ（Ag+/Ag）= 0.799 1 V］［2］，因此需要在電鍍液中引入適宜的配位劑（舊稱絡(luò)合劑），使錫和銀的沉積電位靠攏才能使二者實(shí)現(xiàn)共沉積。在Sn-Ag電鍍液中銀的配位劑是關(guān)鍵組分，若配位劑對(duì)銀的配位能力不足，則鍍液不穩(wěn)定，銀易形成沉淀或在陽(yáng)極上析出。因此選擇配位劑的重點(diǎn)是選擇合適的銀配位劑，使銀的沉積電位負(fù)移。同時(shí)該配位劑必須只能選擇性地對(duì)銀起作用，對(duì)錫卻無作用或作用很小。

雖然無氰化的銀配位劑很多，但在酸性介質(zhì)中其配位作用都會(huì)變?nèi)酢＿^去有采用大量KI配位Ag+的焦磷酸鹽鍍液以及以硫脲為配位劑的鍍液。由于配位能力不足，常需要在弱酸性條件（pH 4 ～ 6）下工作。但在弱酸性條件下鍍液的導(dǎo)電性差，所以只能在較低電流密度下工作，沉積速率低?，F(xiàn)在工業(yè)上的Sn-Ag電鍍工藝通常采用甲基磺酸體系，并采用甲基磺酸濃度較高的強(qiáng)酸性鍍液，所用的銀配位劑通常是硫醇化合物及二硫化物。

Sn-Ag合金的共晶組成為Sn-3.5%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同）Ag，共晶溫度為221 °C，比純錫的熔點(diǎn)（232 °C）稍低。合金中存在富Sn相和Ag3Sn金屬間化合物相，結(jié)晶顆粒細(xì)小，曾被認(rèn)為是性能最好、最有希望替代Sn-Pb的鍍層。Sn-Ag合金具有機(jī)械強(qiáng)度高、電遷移較低等優(yōu)點(diǎn)，但其成本較高。工業(yè)上通常將鍍層銀含量控制在2.5%，以便降低成本。目前，Sn-Ag合金鍍層被大量應(yīng)用于凸點(diǎn)電鍍及相關(guān)的先進(jìn)封裝領(lǐng)域。

1.3Sn-Cu電鍍

錫與銅也有較大的電極電位差［φθ（Cu2+/Cu）= 0.340 V］。Sn-Cu合金的共晶組成為Sn-0.7%Cu，即共晶組成中銅含量很低。要使鍍層達(dá)到共晶組成，鍍液中銅離子的濃度需要控制得很低（例如Cu2+含量為0.1 ～ 0.3 g/L），難以操作。所以，現(xiàn)在的Sn-Cu電鍍工藝多把鍍層中銅含量控制在1.5% ～ 2.0%之間。電鍍時(shí)通常不能使用Sn-Cu合金作為陽(yáng)極，因?yàn)镾n-Cu合金中銅是以金屬間化合物（Cu6Sn5相）的形式存在，而金屬間化合物在鍍液中的溶解難以控制。所以電鍍Sn-Cu合金通常采用純錫陽(yáng)極。鍍液中的銅離子只能通過添加銅鹽進(jìn)行補(bǔ)充，這不但加大了控制鍍液組分的難度，也提高了電鍍成本。

Sn-Cu合金中主要是形成Sn和Cu6Sn5的共晶相，即Cu以Cu6Sn5金屬間化合物的形式分散在Sn相中。金屬間化合物的存在，導(dǎo)致Sn-Cu合金鍍層的機(jī)械強(qiáng)度較差。此外，鍍層的電遷移性能較差，但延展性好、結(jié)合強(qiáng)度較大。Sn-Cu合金具有良好的可焊性及與無鉛焊料的相容性，制造成本也較低。Sn-0.7%Cu的共晶溫度為227 °C，比Sn-Ag合金高，但比純錫低。而且，Sn-Cu合金鍍層的銅含量在一定范圍內(nèi)變化對(duì)其熔融溫度的影響不大。

在無鉛化的初期，Sn-Cu電鍍?cè)谌毡臼艿街匾暎@得了較多的研究和應(yīng)用。Sn-Cu合金一直是爭(zhēng)議較大的無鉛鍍層，有人認(rèn)為其優(yōu)點(diǎn)多，是較為理想的無鉛化鍍層。也有人認(rèn)為Sn-Cu合金不適合作為無鉛化鍍層。尤其是有關(guān)Sn-Cu合金對(duì)錫晶須的影響，至今仍有爭(zhēng)議。A.Dimitrovska等［3］認(rèn)為把銅引入到錫中有利于提高錫鍍層抑制錫晶須的能力，A.Baated等［4］則給出相反的證據(jù)證明Sn-Cu合金會(huì)加劇錫晶須的形成。

1.4Sn-Bi電鍍

Sn-Bi合金是一種較早被研究的可焊性電鍍技術(shù)。與Sn-Ag及Sn-Cu電鍍相比，Sn與Bi的電極電位差最小，為。Sn-Bi電鍍通常也在強(qiáng)酸性溶液中進(jìn)行，可使用硫酸鹽鍍液或甲基磺酸鹽鍍液。由于鉍鹽在硫酸溶液中的溶解度小，因此鍍液中鉍的含量較高（例如超過 10%）時(shí)就不能用硫酸型鍍液?，F(xiàn)在Sn-Bi電鍍通常在甲基磺酸溶液中進(jìn)行。

Sn-Bi合金的共晶組成為Sn-58%Bi，其中鉍的含量較高，這一點(diǎn)類似于Sn-Pb合金（共晶組成為Sn-37%Pb）。Sn-Bi共晶合金鍍層具有非常顯著的優(yōu)點(diǎn)，如非常低的熔融溫度（138 °C）、低的熱膨脹系數(shù)（CTE，15 × 10-6K-1），尤其是其具有非常出色的抑制錫晶須的能力。這種低熔點(diǎn)的可焊性鍍層非常適用于溫度敏感的電子器件，所以可用于低溫封裝。但Sn-Bi合金的缺點(diǎn)也非常明顯，Sn-Bi合金的脆性大，容易開裂，這降低了焊點(diǎn)的可靠性。

近年來發(fā)現(xiàn)，少量甚至微量的鉍加入到錫鍍層中就能夠有效抑制錫晶須［5］。因此在Sn-Bi合金電鍍中，常將鍍層鉍含量控制在1.5% ～ 3.0%之間。但隨著鍍層中鉍含量降低，鍍層的熔融溫度會(huì)升高，例如鉍含量為2%時(shí)，合金鍍層的熔融溫度升高到223 ～ 231 °C范圍內(nèi)。

2　錫晶須問題的研究進(jìn)展

2.1影響錫晶須生長(zhǎng)的因素

2.1.1鍍層的微結(jié)構(gòu)

通過采用聚焦離子束（FIB）研究鍍層斷面的結(jié)晶結(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn)，晶粒的形貌是影響錫晶須的一個(gè)關(guān)鍵因素［6-7］。當(dāng)鍍層中結(jié)晶顆粒為柱狀結(jié)構(gòu)時(shí)（如純錫鍍層），金屬間化合物會(huì)沿著晶粒邊界增長(zhǎng)而產(chǎn)生應(yīng)力，因?yàn)榇嬖谥怪狈较虻膽?yīng)力釋放通路，當(dāng)發(fā)生垂直方向的應(yīng)力釋放時(shí)就產(chǎn)生了錫晶須。所以柱狀的結(jié)晶結(jié)構(gòu)會(huì)促進(jìn)錫晶須的生長(zhǎng)。但晶粒為等軸狀時(shí)，不存在這樣的應(yīng)力釋放通路，在整個(gè)鍍層中應(yīng)力是均勻分布的，不存在應(yīng)力集中現(xiàn)象，所以不易產(chǎn)生錫晶須。通過形成合金可使純錫鍍層的結(jié)晶結(jié)構(gòu)由柱狀轉(zhuǎn)變?yōu)榈容S狀，所以合金化是解決錫晶須問題的重要方法之一［3］。

2.1.2鍍層中的雜質(zhì)

鍍層中的雜質(zhì)主要來自電鍍過程的夾雜，通常與碳含量有關(guān)。在電沉積層中，雜質(zhì)通常聚集于晶粒的邊界處，由于錫晶須是通過晶界生長(zhǎng)的，這些雜質(zhì)的存在會(huì)加劇錫沉積層中錫晶須的形成［8］。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明［9］，將2種相近厚度的鍍層放置在50 °C環(huán)境下4個(gè)月，其中含碳量為0.2%的鍍層中錫晶須長(zhǎng)度為235 μm，而含碳量為0.05%的鍍層中錫晶須的長(zhǎng)度只有12 μm。

2.1.3基體材料

基體材料對(duì)錫晶須的形成有很大影響。各種基材按生成錫晶須的傾向由大到小的順序?yàn)椋狐S銅、C151、C194、C7025、純銅、FeNi42合金、Ni。但在工業(yè)生產(chǎn)中，對(duì)鍍純錫的FeNi42框架進(jìn)行熱沖擊試驗(yàn)（TCT試驗(yàn)）和高溫高濕試驗(yàn)（溫度55 °C，相對(duì)濕度85%）之類的熱試驗(yàn)時(shí)，卻經(jīng)常發(fā)現(xiàn)有大量錫須產(chǎn)生，不能通過錫晶須的試驗(yàn)考核。其原因主要是純錫鍍層與基材的熱膨脹系數(shù)存在差別。純錫的熱膨脹系數(shù)為23 × 10-6K-1，而FeNi42的熱膨脹系數(shù)為4.3 × 10-6K-1，二者的熱膨脹系數(shù)差別非常大，因此受熱時(shí)純錫鍍層中會(huì)產(chǎn)生額外的熱應(yīng)力，從而引發(fā)了錫晶須的生成。對(duì)FeNi42合金基材表面的Sn-10%Pb合金鍍層進(jìn)行熱試驗(yàn)時(shí)也同樣會(huì)產(chǎn)生錫晶須。

但是據(jù)報(bào)道［10］，圖形化陣列結(jié)構(gòu)的鍍錫層由于把錫鍍層劃分成小顆粒，因此即使在黃銅基體上也具有極低的生成錫晶須傾向。

2.2錫晶須的評(píng)估及考核方法

目前工業(yè)上通常采用JEDEC固態(tài)技術(shù)協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)JESD201A-2008（錫和錫合金表面涂層的錫晶須靈敏度環(huán)境驗(yàn)收要求）和JESD22A121A-2008（錫和錫合金表面涂層錫晶須的試驗(yàn)方法）對(duì)錫晶須進(jìn)行評(píng)估和考核。

JESD22A121A標(biāo)準(zhǔn)采用3種考核條件：（1）溫度循環(huán)（-55或-40至85 °C）；（2）室溫存放（溫度30 °C，相對(duì)濕度60%）；（3）高溫高濕（溫度55 °C，相對(duì)濕度85%）。

JESD201A標(biāo)準(zhǔn)給出了驗(yàn)收準(zhǔn)則，按對(duì)錫晶須的要求分成4個(gè)類別。

（1） 類別 1A--要求最低，主要用于產(chǎn)品壽命較短的消費(fèi)類電子產(chǎn)品，對(duì)錫晶須關(guān)注度低。驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)：溫度循環(huán)1 000次及高溫高濕1 000 h，錫晶須長(zhǎng)度40 μm；室溫存放1 000 h，錫晶須長(zhǎng)度20 μm。

（2） 類別 1--具有中等產(chǎn)品壽命的工業(yè)及消費(fèi)類電子產(chǎn)品，對(duì)錫晶須有中等的關(guān)注水平。驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)：溫度循環(huán)1 500次、高溫高濕4 000 h及室溫存放4 000 h，錫晶須長(zhǎng)度67 μm（引腳類器件）或50 μm（高頻器件）。

（3） 類別 2--商業(yè)關(guān)鍵應(yīng)用性產(chǎn)品，如電信基礎(chǔ)設(shè)施、高檔電器、汽車電子等。這些產(chǎn)品具有長(zhǎng)的產(chǎn)品壽命，對(duì)錫晶須關(guān)注度高。驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)：溫度循環(huán)1 500次，錫晶須長(zhǎng)度45 μm；高溫高濕4 000 h及室溫存放4 000 h，錫晶須長(zhǎng)度40 μm。

（4） 類別3--軍事、航空航天及醫(yī)學(xué)應(yīng)用等。此類別不允許使用純錫或高錫鍍層。

2.3錫晶須的控制

2.3.1鍍層的熱處理

目前工業(yè)上通用的方法是鍍后將鍍層置于150 °C下烘烤1 h。目前已經(jīng)證實(shí)，這種高溫處理方法的作用主要是在錫鍍層和銅基體的界面處生長(zhǎng)出一層厚度均勻的金屬間化合物。由于金屬間化合物層均勻分布，不會(huì)產(chǎn)生不均勻的應(yīng)力分布，因此就不易生成錫晶須。但這要消耗一定厚度的錫層，使錫層減薄，所以錫鍍層應(yīng)保持一定的厚度。

2.3.2電鍍過程

電鍍過程的控制決定了鍍層的質(zhì)量和性能，需要控制的參數(shù)主要有鍍層厚度（＞8 μm）、晶粒尺寸（1 ～ 8 μm）、雜質(zhì)含量（碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于 0.05%）、表面形貌等。維護(hù)好鍍液，保持鍍液澄清，經(jīng)常進(jìn)行清缸及鍍液部分更新，避免雜質(zhì)積累。

3　鍍錫及錫基合金在先進(jìn)封裝中的應(yīng)用

3.1凸點(diǎn)電鍍

電鍍錫及錫基合金已被廣泛應(yīng)用于各種先進(jìn)封裝中凸點(diǎn)的制作。目前主要有兩種形式的凸點(diǎn)，即球型凸點(diǎn)（ball bump）和柱型凸點(diǎn)（pillar bump），如圖1所示。

圖1　不同類型凸點(diǎn)的示意圖Figure 1 Schematic diagrams of different kinds of bumps

球型凸點(diǎn)的基本制作過程是：先在芯片表面制作 UBM（凸點(diǎn)下金屬，under-bump metal）層，然后用光刻膠做出圖案（孔），通過電鍍?cè)诳字谐练e錫或錫基合金，再去除光刻膠，最后回流使柱型的焊料變成球型。柱型凸點(diǎn)的制作是先鍍出銅柱（Cu pillar），然后在銅柱頂端鍍一層錫或錫基合金（錫帽，solder cap）進(jìn)行封頂。通常銅柱下的UBM用Cu/Ti，上層錫帽下的UBM為Ni。凸點(diǎn)類型的確定一般要考慮芯片形式、尺寸、厚度和互連密度等因素。

錫基無鉛焊料通常采用鍍純錫、Sn-Ag合金及Sn-Cu合金等制作，其中Sn-Ag合金用得最多。電鍍錫及錫基合金在這兩種類型凸點(diǎn)的制作中都起著關(guān)鍵作用。

3.2微凸點(diǎn)

隨著互連密度的不斷提高，凸點(diǎn)的尺寸不斷縮小，許多凸點(diǎn)的尺寸可能小至直徑為50 μm或更小，可稱為微凸點(diǎn)。

微凸點(diǎn)的典型應(yīng)用是在芯片與芯片之間的互連上。在TSV（硅通孔）等3D封裝中需要涉及多層芯片的疊層互連，即將分立的芯片鍵合成為一體。結(jié)合TSV及層間鍵合可以實(shí)現(xiàn)不同芯片的垂直互連，構(gòu)建3D封裝系統(tǒng)。其中的鍵合方法主要有氧化物鍵合和微凸點(diǎn)鍵合。采用金屬/焊料微凸點(diǎn)的鍵合方式時(shí)，鍵合點(diǎn)既作為結(jié)構(gòu)支撐及連接結(jié)構(gòu)，又起著電氣互連的作用，易于實(shí)現(xiàn)高可靠性低溫互連。所以，微凸點(diǎn)型鍵合得到了廣泛應(yīng)用。采用微凸點(diǎn)鍵合TSV疊層的封裝結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2　采用焊料微凸點(diǎn)鍵合的TSV疊層封裝結(jié)構(gòu)Figure 2 Construction of a typical stacked-chip with TSV and solder micro-bumps

微凸點(diǎn)可以通過絲網(wǎng)印刷、植球、C4NP（焊料轉(zhuǎn)移）及電鍍等方法制作。但隨著封裝密度的不斷提高，其他方法通常不能滿足對(duì)小尺寸、高密度凸點(diǎn)制作的要求，制作成本會(huì)急劇上升。而用電鍍法則可以制作小尺寸、高密度的微凸點(diǎn)，并且具有易于批量生產(chǎn)，凸點(diǎn)形狀和尺寸易于精確控制的優(yōu)點(diǎn)，所以電鍍法制作微凸點(diǎn)具有很好的應(yīng)用前景。

4　展望

4.1微孔鍍錫

隨著微電子技術(shù)的不斷發(fā)展，錫及錫基合金在先進(jìn)封裝中的應(yīng)用將會(huì)不斷擴(kuò)展。其重要應(yīng)用之一就是在集成電路、MEMS（微機(jī)電系統(tǒng)）和 LED（發(fā)光二極管）等領(lǐng)域中凸點(diǎn)和微凸點(diǎn)的制作。為了應(yīng)對(duì)封裝密度的不斷提高，凸點(diǎn)及微凸點(diǎn)的尺寸和間距不斷減小，從直徑200 μm、間距500 μm的BGA（球柵陣列）封裝發(fā)展到現(xiàn)在的直徑為20 ～ 50 μm甚至更小的微凸點(diǎn)。這些微小尺寸凸點(diǎn)的電鍍會(huì)涉及微小區(qū)域的選擇性鍍錫和其在微孔中的填充情況。

隨著凸點(diǎn)尺寸的不斷減小，界面反應(yīng)、電遷移及熱膨脹系數(shù)不匹配等問題變得更加突出。為了保證互連的可靠性，對(duì)電鍍的質(zhì)量要求也會(huì)隨之提高。不僅要保證無空洞的填充，而且需要研究各種因素的影響和控制問題，包括鍍層的微結(jié)構(gòu)（晶粒尺寸、缺陷結(jié)構(gòu)及晶面取向等）、鍍層夾雜（雜質(zhì)類型、含量及機(jī)理等）、均勻性（組成、厚度及相結(jié)構(gòu)等）等。

4.2減少鍍層夾雜

鍍層夾雜就是指在電鍍過程中雜質(zhì)隨鍍層的生長(zhǎng)而進(jìn)入到鍍層中，其表現(xiàn)就是鍍層中含有C、S、N及O等雜質(zhì)，相當(dāng)于電沉積層受到污染。這種夾雜作用可能會(huì)改變鍍層的氧化態(tài)和鍍層的微結(jié)構(gòu)（結(jié)晶顆粒及取向），引起鍍層性能發(fā)生變化。這些雜質(zhì)的存在會(huì)加劇錫鍍層中錫晶須的形成，也會(huì)引起錫鍍層容易發(fā)生變色問題［11］。隨著鍍錫及錫基合金在先進(jìn)封裝中應(yīng)用范圍的逐漸擴(kuò)大，對(duì)鍍層中的夾雜提出了更高的要求。

筆者［12］提出了一種抑制添加劑夾雜的新思路，即利用分子間相互作用在陰極表面構(gòu)建添加劑的分子網(wǎng)絡(luò)，以阻擋金屬離子向陰極接近，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)電沉積的控制。初步實(shí)驗(yàn)表明，在對(duì)電沉積實(shí)現(xiàn)良好控制的情況下，采用該方法可得到碳含量較低的鍍層。

4.3引腳可焊性電鍍——提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低成本

按照國(guó)際半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟（ITRS）發(fā)布的國(guó)際半導(dǎo)體技術(shù)發(fā)展路線圖（International Technology Roadmap for Semiconductor，2011），目前單芯片封裝中仍然以引線鍵合型為主要的芯片與外部互連方式（占70%），而引線鍵合型中大部分都是以引腳的形式作為引出端。所以，錫及錫基合金電鍍技術(shù)目前仍然主要用于IC及各類電子器件引腳可焊性鍍層的制作。

對(duì)于這些現(xiàn)有工藝，重點(diǎn)是提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低成本。目前，盡管電子電鍍錫及錫基合金技術(shù)已經(jīng)比較成熟，但還必須面對(duì)不斷出現(xiàn)的新問題。例如，現(xiàn)在國(guó)內(nèi)使用的引線框架種類很多，有些低質(zhì)量的框架可能會(huì)出現(xiàn)鍍層發(fā)花、發(fā)黑，甚至變色的現(xiàn)象。所以，現(xiàn)有技術(shù)提升的重點(diǎn)是提高操作上的寬容度，進(jìn)一步拓寬工藝窗口，增強(qiáng)鍍液的適應(yīng)性和易操作性。

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［ 編輯：周新莉 ］

Tin and tin alloy electroplating in electronic industry: present status and prospect

HE Yan-feng*， LU Tong-juan，

WANG Fang

The recent advances of tin and tin alloys （such as tin-silver， tin-copper， and tin-bismuth） electroplating in the electronic industry were reviewed.Related electroplating processes， tin whisker growth in coatings， and application status of tin and tin alloy electroplating in advanced electronic packaging were discussed.The future development tendency of tin and tin alloy electroplating in the electronics industry was predicted.

tin； tin alloy； electroplating； whisker； packaging； electronic industry

TQ153.2

A

1004 - 227X （2015） 04 - 0217 - 06

2014-12-18

2014-12-29

賀巖峰（1957-），男，教授，內(nèi)蒙古赤峰人，主要從事功能型薄膜電子化工材料及電沉積相關(guān)的研究工作。

作者聯(lián)系方式：（E-mail） yfhe@mail.ccut.edu.cn。