文章來源：學習那些事

原文作者：前路漫漫

本文介紹了功率器件電鍍的原理以及步驟。

概述

在功率半導體制程里，電鍍扮演著舉足輕重的角色，從芯片前端制程到后端封裝，均離不開這一關鍵工序。目前，我國中高檔功率器件在晶圓背面金屬化方面存在技術短板，而攻克這些技術難題的關鍵在于電鍍。借助電鍍實現功率器件晶圓背面金屬化，可使其能夠承受高電壓、大電流，從而拓展功率器件的應用場景。在后端封裝工序中，電鍍能提升功率器件的可焊性，利于熱量傳導，還具備出色的防腐蝕性能，保障芯片在特殊環境中長時間穩定使用。

正金與背金

在中高檔功率器件制造時，芯片正面和背面的金屬導出都依賴電鍍工藝。通過電鍍實現的表面金屬化，可將功率器件的性能導出最大化，使其能承受高電壓、大電流，足見電鍍工藝的重要性。

芯片正面金屬導出，是在芯片正面鋁基材基礎上，經二次沉鋅后，在沉鋅表面依次沉積鎳、鈀、金三層金屬。芯片正面的金層確保了芯片與金線的可靠連接，保障電路穩定運行。添加鈀層，可防止鎳離子遷移至金層，避免出現黑金現象，影響焊接牢固性。

芯片背面金屬導出，對于大功率器件承受高電壓、大電流極為關鍵。傳統真空熱蒸方式只能將金屬層厚度控制在約10μm，而電鍍方式可使背面金屬層達約80μm，保障功率器件在高電壓、大電流環境下正常工作。具體流程是先通過真空熱蒸在芯片背面依次覆蓋鈦、鎳、銀三層金屬，再用電鍍在銀層表面鍍上80μm的銀層，銀層厚度依據功率器件要求設計，目前車載和高鐵功率器件銀層厚度一般在50μm左右。傳統真空熱蒸的厚銀層僅適用于低檔功率器件，增加厚度會出現中間薄、四周厚的情況，且銀層易分層，影響性能。

本文介紹的TO類功率器件電鍍屬于引線框架類電鍍，是在功率器件封裝工序中，在芯片引腳上鍍覆金屬錫層，以此提高功率器件的可焊性，同時防止其受腐蝕，延長使用壽命。

去飛邊

TO類電鍍的首要步驟是去飛邊（Flash）。塑封時，塑封料沿模具導路流動，受壓力擠壓在模腔填充成形，會有塑封料溢出并在后烘固化后黏附在框架引腳或基板上。因塑封料絕緣，會影響電氣連接，且塑封料內添加的潤滑劑會在封裝體表面形成薄膜，影響后續激光打標質量，所以需進行表面處理。

去飛邊主要有三種方式：第一種是電化學軟化加高壓去除；第二種是化學浸泡軟化加高壓去除；第三種是高壓噴砂去除。目前多采用前兩種方式，高壓噴砂因會影響塑封表面，較少使用。隨著技術發展，出現激光燒灼去飛邊方式，原理簡單、定位精準，可輕松去除溢料，但效率低、成本高，常用于功率模塊等高附加值封裝。

電化學方式軟化是利用電化學反應產生的氫氣泡使飛邊松散，再用高壓水去除。化學浸泡方式則是將產品浸泡在軟化藥水中軟化飛邊，然后用高壓水去除溢料。電化學方式所用高壓水壓力相對較低，約50kgf即可去除飛邊；化學浸泡方式所需壓力較大，通常在100kgf以上。此外，產品引腳金屬表面在空氣中易氧化，產生黑色與紅色雜質，電鍍前需用酸去除氧化層，相關反應為：CuO + H?SO? = CuSO? + H?O（反應較快），Cu + H?SO? = CuSO? + H?（反應較難發生） 。

在金屬表面電鍍前，還需進行活化處理，以增強鍍層附著力，減少電鍍不良。表面活化是在產品表面形成細小齒痕，通過增大反應表面積，提高反應速度和表面附著性。去飛邊、去氧化、活化過程中，產品表面的反應變化過程（預處理過程）。

上述去飛邊、去氧化、活化、預浸過程統稱預處理過程，工程上稱為電鍍前處理，簡稱前處理。封裝經前處理后，便可進行電鍍。

電鍍工序主要目的包括：防止引腳表面在惡劣環境下氧化和腐蝕；利于傳熱，提高可焊性；增加特殊物理性質，提升產品附加值。電鍍的電化學反應過程為：在含游離金屬離子的溶液中通直流電，電鍍金屬在陽極失電子成為金屬離子溶解于溶液，金屬離子受電流作用向陰極移動，在陰極得電子還原成金屬并附著在待鍍產品引腳表面，形成金屬薄膜。具體反應為：陽極發生氧化反應，Sn - 2e? = Sn2? ，錫呈離子態析出到鍍液中；陰極發生還原反應，在引腳表面形成錫層，強電流下會產生H? 。因此，電鍍時需控制電流和排出氫氣，防范爆燃危險。

電鍍工序完成后，需進行后處理，主要是去除產品表面附著的酸性電鍍液，并烘干產品。去除酸性溶液采用中和反應，利用堿性溶液中和，同時防止鍍層變色。

早期，引線框架外引腳可焊性鍍層多采用Sn-Pb合金，因其綜合性能優良、成本低廉，廣泛應用于電子連接和組裝，且形成了成熟工藝和完善評價體系。近年來，全球無鉛化運動打破原有格局。經多年研究，可焊性鍍層無鉛化取得較大進展，主要包括Sn-Cu、Sn-Bi、Sn-Ag合金鍍層、純Sn鍍層以及預電鍍（Pre-Plating Frame Finish，PPF）技術。如今，許多公司已推出無鉛電鍍藥品和工藝，并得到實際應用。