實現高成本效益的無鉛元件電鍍

在JEITA和歐盟的《限制有毒物質指令》(RoHS)與《電氣及電子設備廢料指令》(WEEE)公佈的最後期限之前

實施一種高成本效益、可靠的無鉛電鍍策略，已經成為電子元件製造業在過去幾年來的共同目標。

對於半導體元件供應商而言，主要的挑戰在於選擇一種成本效益高並且不會產生可靠性問題的策略和製程，實

施與無鉛焊料的前向兼容以及與含鉛(Pb)焊料的後向兼容。對現有的無鉛替代方案進行審查並權衡這些選擇之後，

擬定可行的策略。

對現有文獻進行研究，並透過與知名組織(如iNEMI和JEDEC)交流互動對電子產業進行評估，任何元件製造商均

可從眾多無鉛鍍層解決方案中精選出若干方案。安森美半導體首先考慮了五種外部鍍層。每一種解決方案都有優勢

和劣勢。其中包括：

錫－銀(Sn-Ag)鍍層

錫－鉍(Sn-Bi)鍍層

錫－銅(Sn-Cu)鍍層

預鍍鎳－鈀－金(Ni-Pd-Au)導線架

純霧錫鍍層

Sn-Ag鍍層的錫含量約為3.5%，具有良好的可焊性和機械屬性。但是Sn-Ag鍍層容易產生錫鬍晶(tin whisker)，這

是所有高錫含量替代方案的主要可靠性風險。由於材料成本較高並且鍍浴控制程序複雜，Sn-Ag鍍層比較昂貴。從

‘總擁有成本’的角度考慮，Sn-Ag鍍層並不能作為一種完全可行的選擇。

自2000年，以Sn-Bi用作鉛鍍層已在日本得以廣泛應用，因此人們開始密切關注這一系統。當鉍含量為3%時，

Sn-Bi的熔化溫度約為220℃，選擇該鍍層肯定可行。但是Sn-Bi材料易碎，鍍層控制複雜，而且它會產生錫鬍晶。關

於鉍的真實毒性也有疑問，且含鉛焊料後向兼容性問題仍存在爭議。內部屏蔽實驗和調查確認了這些Sn-Bi問題的存

在，所以這種鍍層只能作為臨時解決方案。

Sn-Cu鍍層可形成一種銅含量為0.7%的高強度低熔點合金，其熔點為227℃。此鍍層的價格相對低廉，且具有

良好的可焊性。但是Sn-Cu容易產生錫鬍晶，甚至合金成份的微小改變就會大大改變共晶溫度。由於精確控制鍍層

成份困難，且Sn-Cu鉛加工與合金(Alloy) 42導線架不兼容，所以該系統不能作為一種可行的解決方案。

預鍍的Ni-Pd和Ni-Pd-Au導線架作為無鉛焊接的替代方案，於1989年首先由德州儀器(TI)引進。其主要優勢在於

該技術適於商業應用，且封裝製程得以簡化。但是對大批量產品應用而言，Ni-Pd-Au解決方案不具備優勢，主要原

因在於其成本較高，而且根據現有文獻記錄，該方案存在可靠性問題。此外，鍍層在彎曲時會發生斷裂，而且在焊

接、引線接合和成形時也存在問題。

鈀和金成本高且難以預計，導線架的供應商數量也有限，這些都是該方案的劣勢所在。由於此鍍層系統與Alloy

42導線架不兼容，其應用範圍進一步受限。因此，對於大批量生產線而言，這種解決方案不是一種可行的替代方案。

純霧錫(matte tin)是大批量半導體製造商鍍層應用的首選。其原因眾多。對於各種導線架而言，霧錫製程不僅具

有良好焊接特性，而且它是一種低成本解決方案，不存在Sn-Ag、Sn-Bi和Sn-Cu系統中的雙合金成份控制問題。

霧錫解決方案得以廣泛應用的另一個關鍵因素是其供應充足，此因素與上述技術密切相關。霧錫最重要的一個

優勢可能在於它可與含鉛焊料後向兼容。鑒於世界上許多無鉛政策在執行上存在延遲，這種後向兼容仍較為重要。

由於安森美半導體在特定應用中使用霧錫有悠久歷史，因此霧錫製程解決方案已成為大多數需要無鉛外部

鍍層的公司的首選。