谈影响半导体器件引线可焊性的因素

谢康 潘廷龙 石蔚春

摘要：器件引线具有可焊接性，对整个机器设备的质量有很大的影响，它会影响整机的稳定。引线可焊性又与引线锡镀层质量有很大关系。在明确镀层类型和工艺后，需要详细分析可焊性引线的影响因素，才能有效指导实际应用。

关键词：半导体；器件引线；可焊性

中图分类号：TN303 文献标识码：A

对于一个整机来说有成千上万个焊接点，但是只要存在一个脱焊或是虚焊情况，就会给整个机器的运转造成影响，甚至导致整机停止运转。所以，在实际应用中，详细分析引线可焊接性存在的影响因素，才能保证元器件良好的引线可焊性。

1 基体和锡镀层结合因素

镀层和基体结合的良好给引线可焊性会造成一定的影响。关于三极管半导体引线选择的机体材料一般是可伐材料，它的主要成分是铁钻镍，镍含量是29%，铁含量是54%，钻是17%[1-2]。铁、钴都与锡很难亲和，很容易被氧化，所以，实际应用中需要先镀一层镍，但是镍层很容易产生一层氧化膜，有因为引线半导体期间镀锡选择的是电镀成品管方式，在实际成产成品管中，因为保护不合理，操作不规范等情况，腐蚀环境下接触空气，很容易使引线表面被侵蚀或是氧化，从而产生碳酸盐和氧化物等。另外，在制作期间中，如果不进行老化、高温烧结工序，会加快引线镍层的氧化，从而形成一层很厚的氧化膜，造成镍层机体和锡层无法更好结合。另外，氧化膜在集体和锡层之间包夹着，会降低锡层的可焊性。如果出现气 液 固润湿界面状态下，当液滴停留在固体表面不动时，张力的三个界面会出现失衡情况。相关公式如下：

公式中，θ表示接触的角，T固气.T液固 T液气 分别表示固体和气体、液体和固体、气体和液体之间界面的张力。如果0<θ<90，这时液体可以润湿固体的，而要求T固气>T液固 如果引线表面存在氧化膜，有因为氧化物表面和金属表面的张力相比较低，造成T固气

，使液态焊料对引线产生的润湿程度能力降低，从而造成可焊性较差情况。

如果想要将引线表面的氧化膜除去，可以使用稀释硫酸溶液、盐酸等侵蚀方法，或是采取电化学侵蚀法、氢还原法等。经过多数研究表明，选择侵蚀法比较好。这种方法是选择硫酸溶液70%进行电解，再使用不锈钢板作为阴极，利用塑料棒引电进行侵蚀。

采取电化学方法进行化学作用，可以将氧化膜溶解掉，而在电化学反应下也会产生一定的气泡，这样更利于氧化膜的脱落。这种操作方法比较简单，而且用时比较短，侵蚀后可以利用离子水进行冲洗，然后就能进行电镀锡。关于氧化膜除去方法比较见表1。

从表格对比中可以看出，镀锡前可以选择电化学侵蚀引线是比较好的方法，这种方法可以将氧化膜彻底出掉，保证金属表面活化洁净，从而是镍层和锡层有效结合。

2 镀锡层厚度影响因素

关于可焊性的影响因素镀锡层厚度也是其中之一。因为锡与空气长时间接触会被慢慢氧化，如果镀层比较薄，那么存放的时间就会越短，在电化学和氧化腐蚀情况的镀锡层，首先很容易使引线表面基体有一层氧化物附着，或是被其他难溶性物质附着；其次就是减少使用锡层的厚度。如果镀层较厚，也会造成资源浪费情况，很容易使锡层起皮，所以，在控制镀层时要掌握好范圍。一般选择的镀层厚度是在>5 m且<5m的引线，经过高温老化相关测试，发现其具有可焊性。有研究表明，如果使用镀锡层厚度>5 m的引线具有较好的可焊性，如果<5 m说明可焊性非常差[_[4]。想要提高引线的可焊性，需要将镀锡层厚度掌握在6～lOm范围内。

3 镀液中的光亮剂影响因素

为了保证合理的光亮致密锡镀层，需要在酸性锡镀也中添加适量的光亮剂。这里选择锡合金硫酸型光亮电镀工艺，光亮剂选择SS-821和SS-880。经过大量的实践发现，如果电镀工艺正常情况下，就算添加了光亮剂，也不能保证镀出比较光亮致密的镀层[5-6]。所以，本文建议加入1～3mL/L的SS-820添加剂，如果镀层还是不光亮，他就可以是因为镀液中有机分解产物和四价锡离子分解达到了极限。还可以选择大剂量处理，添加80～40mL/LSS-800处理剂到镀液中，之后在添加活性炭2～5g/L。在镀液的过程不管怎样进行调整和处理，都达不到想要的光亮剂效果，那就是说明光亮剂因为存放较长的时间，受到光照和温度的影响，出现变质情况，没有了原来的特性。这种情况会造成镀层比较粗糙，出现发灰情况，或是电镀无法正常进行情况。所以，对于光亮剂的使用，生产周期不能大于1年以上。

4 镀层表面添加防护涂层

在进行引线期间镀锡之后，表面出现光亮了，但是因为镀层后的引线长期在空气中暴露，很容易被氧化侵蚀，而且会从镀层微孔进入机体内层，造成金属被侵蚀情况，从而使引线可焊性变差。为了避免这种情况出现，提高引线的可焊性，需要在镀锡层引线外面在涂抹音程防护性土层，一般选择点接触DJB-823固体薄膜保护剂。实践表明，这种保护剂对器件的电特性影响不是很大，而且对于三极管引线上涂抹防护土层，在进行潮热实践后，发现漏电流变小。

5 工艺的改进操作

传统的引线都是选择喷漆工艺，为了避免漆膜污染情况，可以选择电泳漆工艺。而烧结工艺可以选择氮气保护烧结或是氢气保护烧结，这样可以减少金属表面被氧化的程度。

6 结语

在半导体器件进行引线保护时，详细分析引线的可焊性因素对引线器件的更好使用有很大帮助。本文主要是从机体和锡镀层相结合、光亮剂的使用、镀锡层厚度、镀层表面保护、工艺完善等方面进行分析，只有解决这些影响因素，才能不断提高引线的可焊性。另外，也要不断完善器件引烧结工艺，充分利用现代化技术，实现工艺烧结的创新，从而保证引线较好的可焊性。

参考文献

[1]刘明芳，许越，陈红日，等，浅谈随机因素对半导体桥点火性能的影响[J].内蒙古教育（职教版），2016（7）：92-93.

[2]马恩标，边庆星.谈汽车门板扶手疲劳耐久性能的影响因素[J].工程技术：引文版，2016（8）：289-289.

[3]姚竹明.谈影响初中数学成绩的原因及分层评价的策略的运用[J].都市家教月刊，2016（5）：242-242.

[4]Burkhardt T， Mausezahl M， Hornaff M， et aI.Investigation of electroless Ni（P）/Pd/Au metallization forsolder joining of optical assemblies using laser-based solderjetbumping[c]∥High-Power Laser Materials Processing： Applications，Diagnostics， and Systems V J.International Society for Optics andPhotonics， 2017：100970D.

[5]杨裕君，浅谈影响电力企业内部审计实施效果的因素[J].经济管理：文摘版，2016（9）：94-94，

[6]徐伟，曹永鹏，浅谈影响电力调度安全运行的因素分析及对策研究[J]工程技术：全文版，2016（12）：322-322.