关于引脚镀层的总结报告
目录
1、引脚或端头镀层原因 ...................................................................................................1
2、文献引用 ....................................................................................................................1
3、安森美镀层分析 ..........................................................................................................1 3.1 安森美半导体首先考虑了五种外部镀层包括： ....................................................1 3.2 每一种解决方案都有优势和劣势： ......................................................................2
4、降低镀层毛刺的措施 ...................................................................................................3
5、个人总结 ....................................................................................................................4
1、引脚或端头镀层原因
在电子产品中，用来组成电路的金属主要是铜和铜合金，由于铜容易氧化，使润湿性变差，因此一般要在其表面进行电镀处理。
2、文献引用
国际锡金研究协会经可焊性实验证实，厚度为8um的新鲜纯锡或锡铅合金镀层，能获得最佳的可焊性，其中可焊性指数最高的是热沉积型锡涂层，它具有良好润湿金属和形成牢固接头的能力。电镀后进行热熔的涂层也具有上述相同优点。但在锌上涂敷锡，由于锌向涂敷层的扩散会引起可焊性急剧变坏，即使镀层很厚也不能避免这种影响。为防止锌的扩散，在涂锡前，先电镀镍的阻挡层，厚度大于2.5um
3、安森美镀层分析
3.1 安森美半导体首先考虑了五种外部镀层包括：
1、锡-银(Sn-Ag)镀层、
2、锡-铋(Sn-Bi)镀层、
3、锡-铜(Sn-Cu)镀层、
4、预镀镍-钯-金(Ni-Pd-Au)引脚框架、
5、纯雾锡(Pure matte tin)镀层。
3.2 每一种解决方案都有优势和劣势：
1、Sn-Ag镀层
Sn-Ag镀层的锡含量约为3.5%，具有良好的可焊性和机械属性。但是Sn-Ag镀层容易产生锡毛刺，这是所有高锡含量替代方案的主要可靠性风险。由于材料成本较高，并且镀浴(plating bath，电镀溶液)控制程序复杂，Sn-Ag镀层比较昂贵。
在230℃下，Sn—Pb合金镀层可焊性较好。Sn—Ag合金镀层的可焊性随温度升高而提高，当达到250℃时，可焊性与Sn—Pb合金镀层230℃的结果相当，这说明Sn—Ag合金镀层需要在较高的温度下焊接。
2、Sn-Bi镀层：
自2000年以来， Sn-Bi作为引脚镀层已在日本得到广泛应用，因此人们开始对其密切关注。当铋含量为3%时，Sn-Bi的熔点约为220℃，选择该镀层肯定可行。但是Sn-Bi 材料易碎，镀层控制复杂，而且它会产生锡毛刺。关于铋的真实毒性也有疑问，且含铅焊料后向兼容性问题仍存在争议。
3、Sn-Cu镀层：
Sn-Cu镀层可形成一种铜含量为0.7%的高强度低熔点合金，其熔点为227℃。此镀层的价格相对低廉，且具有良好的可焊性。但是Sn-Cu容易产生锡毛刺，甚至合金成份的微小改变就会大大改变共晶温度。由于精确控制镀层成份困难，且Sn-Cu引脚加工与合金(Alloy)42引脚框架不兼容，所以该系统不能作为一种可行的解决方案。
4、预镀Ni-Pd和Ni-Pd-Au 预镀Ni-Pd和Ni-Pd-Au引脚框架作为无铅焊接的一种可选方案，于1989年首先由德州仪器(TI)引进。其主要优势在于该技术适于商业应用，且封装工艺得以简化。但是对大批量产品应用而言，Ni-Pd-Au解决方案不具备优势，主要原因在于其成本较高，而且根据现有资料记录，该方案存在可靠性问题。此外，镀层在弯曲时会发生断裂，而且在焊接、引线接合和成模时也存在问题。钯和金成本高且难以预计，引脚框架的供货商数量也有限，这些都是该方案的劣势所在。由于此镀层系统与Alloy 42引脚框架不兼容，其应用范围进一步受限。因此，对于大批量生产线而言，这种解决方案不是一种可行的备选方案。
5、纯雾锡 是大批量半导体制造商镀层应用的首选。其原因众多：对于各种引脚框架而言，雾锡工艺不仅具有良好焊接特性，而且它是一种低成本解决方案，不存在Sn-Ag、Sn-Bi和Sn-Cu系统中的双合金成份控制问题。 雾锡解决方案得以广泛应用的另一个关键因素是其供应充足，此因素与上述技术密切相关。雾锡最重要的一个优势可能在于它可与含铅焊料后向兼容。鉴于世界上很许多无铅政策在执行上存在延迟，这种后向兼容仍较为重要。
4、降低镀层毛刺的措施
上面讨论了镀层成份的选择问题，现在我们将重点探讨可降低风险的策略，方案必须可以有效地解决与该镀层形成锡毛刺相关的可靠性问题。 研究表明，下列四种方案是减少锡毛刺产生的最可行解决方案：
1、对雾锡镀层进行退火；
2、增加雾锡镀层的厚度；
3、在引脚镀层中加入镍阻挡层(barrier)；
4、对锡镀层进行回流。 具体分析如下：
1、对雾锡镀层进行退火；
就减少毛刺的问题而言，成本效益最高的方案是对镀锡层进行退火。大量研究表明，在铜衬底上对锡镀层进行退火可以大大减少毛刺的产生。具体操作方法是在温度为150℃下，对锡镀层进行一小时的退火。根据现有的资料记载，在镀层操作完成后24小时内对锡镀层进行退火较为有效。
2、增加雾锡镀层的厚度
根据资料中提供的参考数据，安森美半导体方案中的锡镀层仍将集中介于7.5至12.5微米之间。我们相信，该方案可以在不影响镀层质量的前提下，减少毛刺，提高成本效益。
3、在引脚镀层中加入镍阻挡层(barrier) 镀层上加入镍会使许多产品的成本增加，在市场上失去价格竞争力。此外，众所周知，尽管镍阻挡层会使毛刺产生的时间增加，但这很大程度上取决于所使用的锡镀浴类型。大家普遍认为，镍之所以可以减少毛刺产生，原因在于它会对锡镀层中的应力产生影响。
4、对锡镀层进行回流
另一种减少毛刺的方案是在锡熔点232℃以上进行锡回流，但是这种处理方法的有效性尚不清楚。
5、个人总结
通过借鉴以上资料，总结出以下几点
1、目前和利时的焊接工艺都是采用的有铅工艺（有铅锡膏63/37），而大部分器件（表贴和插装）又都是采用的无铅工艺，这样就需要考虑一个兼容的问题；
2、以上提到的几种无铅引脚镀层纯雾锡的镀层对有铅锡膏的兼容性是最好的；
3、从成本上考虑，纯雾锡的镀层成本最低；
4、从可焊性考虑：纯雾锡的镀层是目前可靠性很高的一种工艺；
5、从元器件替代考虑：由于纯雾锡工艺相对其他工艺便于控制和实现，工艺应用范围较其他镀层工艺广泛，元器件可替代范围也相应更广泛；
6、综上个人认为：纯雾锡的镀层是最佳可选镀层。
