銅基鍍銀IC 引線框架是半導(dǎo)體塑封器件的核心材料，其表面粗糙度直接影響與塑封料的機(jī)械互鎖結(jié)合力，進(jìn)而決定QFN 塑封器件的抗水汽分層能力和 MSL 濕敏試驗(yàn)可靠性。為滿足 QFN 器件向大尺寸、高濕敏等級(jí)發(fā)展的需求，本文以有機(jī)酸超粗化結(jié)合低電流鍍銀工藝為研究對(duì)象，通過光子灣科技共聚焦顯微鏡對(duì)銅基材及銀鍍層的表面粗糙度 Sa 值進(jìn)行精準(zhǔn)表征，分析粗化時(shí)間、電鍍電流對(duì)表面粗糙度的影響規(guī)律。

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表面粗糙度Sa值的表征方法

QFN用銅基鍍銀IC引線框架超粗化電鍍工藝

本文采用有機(jī)酸粗化液對(duì)裸銅引線框架進(jìn)行處理，主要成分為醋酸銅、氯化銨、甲酸鈉、冰醋酸、甲酸及添加劑。粗化后經(jīng)3.5%鹽酸清洗去除表面不溶性腐蝕產(chǎn)物，恢復(fù)金屬光澤。隨后在不同電流條件下進(jìn)行鍍銀處理。

表面粗糙度Sa值（即表面算術(shù)平均高度）是評(píng)價(jià)微觀形貌的重要參數(shù)。本研究使用共聚焦顯微鏡對(duì)不同粗化時(shí)間和電鍍條件下的樣品進(jìn)行測(cè)量，結(jié)合掃描電鏡觀察表面形貌，系統(tǒng)分析工藝參數(shù)對(duì)粗糙度的影響規(guī)律。

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粗化時(shí)間對(duì)表面粗糙度Sa值的影響

a.未粗化銅面 3500x 表面形貌；b.粗化 1.5 微米銅面 3500x 表面形貌；c.粗化 2 微米銅面 3500x 表面形貌；d.粗化 2.5 微米銅面 3500x 表面形貌。

在相同粗化液濃度和工藝條件下，對(duì)裸銅引線框架分別處理15s、30s和45s，使用共聚焦顯微鏡測(cè)量其表面粗糙度Sa值。結(jié)果顯示，未經(jīng)粗化的銅表面呈現(xiàn)軋制纖維狀織構(gòu)，Sa值約為110~130nm；粗化15s后，Sa值上升至275~301nm，表面織構(gòu)消失，出現(xiàn)明顯凹凸形貌；粗化30s后，Sa值進(jìn)一步增加至330~358nm；粗化45s后，Sa值達(dá)到380~405nm。

從數(shù)據(jù)可以看出，粗化初期反應(yīng)速率較快，隨著時(shí)間延長，粗糙度增幅趨緩。共聚焦顯微鏡的測(cè)量結(jié)果與SEM圖像吻合良好，說明粗化時(shí)間與粗糙度呈正相關(guān)關(guān)系，且可通過控制粗化時(shí)間實(shí)現(xiàn)表面形貌的調(diào)控。

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電鍍電流對(duì)鍍層表面粗糙度的影響

不同電流下粗化框架和未粗化框架鍍層粗糙度對(duì)比

在粗化處理基礎(chǔ)上，分別采用15A、30A和70A電流進(jìn)行鍍銀，使用共聚焦顯微鏡測(cè)量鍍層表面粗糙度Sa值。結(jié)果顯示，相同粗化條件下，電流越小，鍍層表面結(jié)晶顆粒越大，粗糙度越高。以粗化2.5μm的框架為例，15A電流下鍍層Sa值為310~337nm，30A下降至275~290nm，70A時(shí)進(jìn)一步降至220~246nm。

對(duì)于未粗化框架，15A電流下鍍層Sa值為210~234nm，30A為135~170nm，70A僅為110~140nm。共聚焦顯微鏡的數(shù)據(jù)表明，粗化框架在相同電流下具有更高的鍍層粗糙度，且小電流有利于形成粗大晶粒，提升表面微觀起伏。

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粗糙度對(duì)抗分層性能的影響

為驗(yàn)證粗糙度提升對(duì)器件可靠性的影響，選用QFN64封裝形式，分別采用粗化+15A電鍍工藝與未粗化+15A電鍍工藝進(jìn)行對(duì)比。經(jīng)MSL一級(jí)濕敏試驗(yàn)后，超聲掃描結(jié)果顯示，未粗化樣品出現(xiàn)載體分層，而粗化樣品無分層現(xiàn)象。

這表明，通過有機(jī)酸粗化與小電流鍍銀工藝，可顯著提升引線框架表面粗糙度，增強(qiáng)與塑封料的結(jié)合力，從而有效抵抗水汽侵入和熱應(yīng)力引起的分層失效。共聚焦顯微鏡在此過程中的粗糙度表征為工藝優(yōu)化提供了關(guān)鍵數(shù)據(jù)支持。

綜上，通過共聚焦顯微鏡對(duì)QFN銅基鍍銀IC 引線框架的精準(zhǔn)表征，明確了有機(jī)酸粗化時(shí)間和鍍銀電流對(duì)表面粗糙度Sa 值的調(diào)控規(guī)律：

粗化時(shí)間越長，銅基材表面粗糙度Sa值越高，初期反應(yīng)速率最快，后期趨于平穩(wěn)。

電鍍電流越小，鍍層結(jié)晶越粗大，表面粗糙度越高；粗化框架在相同電流下具有更高的鍍層粗糙度。

表明有機(jī)酸粗化與小電流鍍銀工藝可滿足QFN封裝MSL一級(jí)試驗(yàn)要求。

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光子灣3D共聚焦顯微鏡

光子灣3D共聚焦顯微鏡是一款用于對(duì)各種精密器件及材料表面，可應(yīng)對(duì)多樣化測(cè)量場(chǎng)景，能夠快速高效完成亞微米級(jí)形貌和表面粗糙度的精準(zhǔn)測(cè)量任務(wù)，提供值得信賴的高質(zhì)量數(shù)據(jù)。

超寬視野范圍，高精細(xì)彩色圖像觀察

提供粗糙度、幾何輪廓、結(jié)構(gòu)、頻率、功能等五大分析技術(shù)

采用針孔共聚焦光學(xué)系統(tǒng)，高穩(wěn)定性結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

提供調(diào)整位置、糾正、濾波、提取四大模塊的數(shù)據(jù)處理功能

光子灣共聚焦顯微鏡以原位觀察與三維成像能力，為精密測(cè)量提供表征技術(shù)支撐，助力從表面粗糙度與性能分析的精準(zhǔn)把控，成為推動(dòng)多領(lǐng)域技術(shù)升級(jí)的重要光學(xué)測(cè)量工具。

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