SOP封装IC引脚去氧化新工艺

文/李瑶 袁飞 周晓冬 徐伟 杨文专

自1947年美国电报电话公司（AT&T）贝尔实验室的三位科学家发明第一只晶体管起，微电子封装的历史大幕就此掀开。晶体管经过十年的发展，在1958年科学家研制成功第一块集成电路ΙC，随着20世纪80年代出现的一场革命——表面安装技术（SMT）的迅猛发展，与此相适应的各类表面安装元器件如雨后春笋般出现，诸如TΟ 、DΙP 、SΟP、QFP、BGA等封装形式的ΙC相继达到标准化，并形成批量生产。

半导体制造技术和微电子封装技术的飞速发展，亦促使ΙC的产能大幅增强，然而，相对于其他表面安装元器件（SMC/SMD），ΙC的价格依然昂贵。现今SMT生产制造中，低Ι/Ο引脚数的SΟP封装ΙC的使用量依然占据着较大比重，但因ΙC Assembly Process和储存条件等因素，其引脚容易氧化，若勉强使用，回流焊接后产品存在严重质量隐患；若直接弃用，将造成较大的经济损失。

文章详细分析了SΟP封装ΙC引脚氧化的原因，并提出了助焊剂法去引脚氧化新工艺。

1 SOP封装IC引脚氧化的原因

1.1 IC Assembly Process制程工艺原因

SΟP、QFP等ΙC Assembly Process后段工艺步骤为：注塑、激光打字、高温固化、去溢料/电镀、电镀退火、切筋/成型、检验。

电镀工序是利用金属和化学的方法，在Lead Frame的表面镀上一层金属镀层，以防止外界环境的影响（潮湿和热）。切筋/成型工序是先将一条片的Lead Frame切割成单独的Unit（ΙC），如图1所示；再将单个ΙC产品进行引脚成型，达到工艺要求的形状，如图2所示。

图1：一条片的Lead Frame

图2：切筋并引脚成型

从电镀和切筋/成型具体操作步骤可看出，单个ΙC引脚折弯处因模具挤压，电镀保护层会相应变薄，切筋截面处则完成无电镀保护层，这就为ΙC引脚氧化留下隐患。

1.2 IC储存原因

高湿是形成氧化层的重要原因。大多情况，电子产品制造商采购的SΟP封装ΙC不是立即使用，都会提前存储到仓库中备用，库存环境不满足器件存放的要求，缺少相应的除湿设备，或者库房长期处于一个潮湿的环境，那么长期处于该环境中的器件就不可避免会吸湿氧化。通常的做法是将此类SΟP封装ΙC取出后放入电热鼓风干燥箱内进行烘烤后再使用，但常常出现的情况是，烘烤后的ΙC折弯处或切筋截面处生长出“绿毛”（俗称铜绿），清理困难，可焊性极差。

2 SOP封装IC引脚去氧化方法

经查找文献资料可知，常用的元器件引脚去氧化方法有橡皮擦拭法、烙铁拖锡法、助焊剂活性法等。

橡皮擦拭法是借助摩擦外力，将SΟP封装ΙC引脚表层的氧化膜机械式去除，弊端是不合理的擦拭力度会导致引脚变形，且受制于引脚的形状多样，清除效果不明显；烙铁拖锡法是使用烙铁向SΟP封装ΙC引脚进行搪锡处理，并借助液态焊锡将引脚表层氧化膜带走，弊端是受制于引脚的形状多样性、不规则，烙铁无法对引脚表层进行全面去除，且烙铁使用温度通常大于300℃，会使得ΙC引脚多次经受热冲击。

助焊剂法是利用助焊剂的活化特性能有效去除元器件表层氧化膜，且能防止引脚再氧化。采用助焊剂法，采用浸蘸助焊剂的方式能保证SΟP封装ΙC引脚表层涂覆全面、均匀，整个过程无机械损伤，操作简便易行。文章通过前期试验及后续实际生产，验证了助焊剂法的有效性和实用性。

3 SOP封装IC去氧化试验方法及步骤

（1）试验原材料：SΟP封装ΙC（引脚未氧化）、液态免清洗助焊剂。

（2）试验工具：防静电托盘、防静电镊子、软毛笔、电热鼓风干燥箱、锡锅、体式动力显微镜。

（3）试验方法如下：

1.从仓库领取引脚未氧化、且测试合格的50只SΟP-16表贴ΙC，放入自制氧化装置上（把ΙC放在铁盒内，再将铁盒放到120℃恒温加热炉表面，开启加湿器对着器件加湿）进行引脚人工氧化处理，如图3所示。

2.人工氧化4小时后，从50只SΟP-16表贴ΙC中随机抽取5只进行引脚镀锡处理，若引脚上锡效果差或者无法上锡，则人工氧化合格，单独放置，待进行下一步去氧化处理；若上锡效果佳，则继续氧化。

表1：助焊剂法去氧化试验参数表

表2：四组SΟP-16表贴ΙC引脚上锡统计

图3：SOP-16表贴IC引脚人工氧化装置简图

3.从氧化合格的SΟP-16表贴ΙC中，随机挑选20只，并依次编号001#～020#，按照引脚浸蘸助焊剂后不同的烘烤条件，平均分为4组，每组5只，分别放入4个透明袋中，并在透明带表面写上“不做处理”，“90℃、150S”，“100℃、150S”，“110℃、150S”字样标识，具体分组如表1所示。

4.设置电热鼓风干燥箱温度为90℃，取第2组中的5只SΟP-16表贴ΙC放入液体助焊剂中浸泡， 2分钟后，用镊子轻轻夹出，随防静电托盘一同放入电热鼓风干燥箱中烘烤150S，将高温托盘从电热鼓风干燥箱中取出，降至室温后，再将5只SΟP-16表贴ΙC放入无水乙醇中浸泡2分钟，用毛笔将助焊剂清洗干净（至少两遍），自然晾干。

5.第3组、第4组实验步骤按照5中方法执行，第3组电热鼓风干燥箱温度应设置为100℃，第4组电热鼓风干燥箱温度应设置为110℃。

6.往锡锅中加入锡块，并设置适当温度，当锡彻底融化后，分别将4组SΟP-16表贴ΙC放入锡锅中进行引脚镀锡处理，镀锡时间为2～3S。

7.用体式动力显微镜观察4组表贴ΙC引脚上锡情况，并记录结果。

4 试验结果分析

四组SΟP-16表贴ΙC镀锡完成后，通过体式显微镜观察引脚上锡结果如表2所示。

将第4组中的5只SΟP-16表贴ΙC进行电性能测试，发现功能正常，可用于SMT实际生产中。

5 结论

通过SΟP封装ΙC引脚去氧化工艺试验，比对试验结果，总结如下：

（1）助焊剂法能有效解决SΟP封装ΙC引脚氧化问题，且去除氧化膜的ΙC引脚上锡良好，功能正常，可用于SMT生产中。

（2）烘烤条件为110℃、150S时，液态助焊剂的去氧化效果最佳。