專利名稱：用加熱一氧化碳處理金屬表面的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電子封裝技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種金屬表面處理方法，以及用該方法 制得的產(chǎn)品，以及該產(chǎn)品的應(yīng)用。
背景技術(shù)：
目前在電子封裝領(lǐng)域，主要利用環(huán)氧樹脂進(jìn)行封裝。環(huán)氧樹脂與引線框架的粘接 性能直接影響到該電子部件的后期使用性能和穩(wěn)定性。由于封裝材料和框架粘接的缺陷會(huì) 導(dǎo)致如分層甚至所謂的“爆米花”現(xiàn)象。因此，如何增加這兩者直接的粘接性能一直是該領(lǐng) 域備受關(guān)注的問題?，F(xiàn)在人們已為該問題找尋了一些解決方案，如對(duì)作為引線的金屬表面進(jìn)行處理以 增加其表面粗糙度；或者對(duì)環(huán)氧樹脂的配方加以改進(jìn)使得其對(duì)金屬的粘接性能得以提高。 然而，除了一些鏡面材料以外，大多數(shù)的金屬表面已經(jīng)很粗糙，因此通過提高表面粗糙度的 方法能改進(jìn)的程度有限。而對(duì)環(huán)氧樹脂配方的改進(jìn)也非常困難，需要耗費(fèi)大量的人力、財(cái) 力。當(dāng)前的電子部件中通常用金屬銅作為引線，但是如果在銅引線的表面鍍鎳的話， 可以提高其焊接性能和導(dǎo)電性能。因此金屬鎳的使用也逐漸流行。盡管銅-鎳引線中以銅 為主，但是由于鎳是鍍于銅線表面，因此對(duì)該引線的表面處理實(shí)際上就變成了對(duì)金屬鎳的 表面處理。對(duì)鎳的處理常用的是熱氧化法，使得鎳金屬表面形成一層氧化薄膜，但沒有明顯 改善效果。采用化學(xué)腐蝕方法，其工藝很難控制，重復(fù)性差。因此，人們亟需尋找一種鎳金屬的表面處理方法，使得處理過后的鎳金屬表面與 環(huán)氧樹脂的粘接性能大幅提高，并且操作的成本低廉且易于控制。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于克服現(xiàn)有技術(shù)中進(jìn)行電子封裝時(shí)，環(huán)氧樹脂與引 線框架的粘結(jié)性能不高，導(dǎo)致分層和“爆米花”現(xiàn)象，以及用熱氧化方法、化學(xué)腐蝕法處理引 線時(shí)改善效果不明顯并且可重復(fù)性差等缺陷，提供了一種用加熱一氧化碳法處理金屬表面 尤其是鎳金屬表面的方法以及由該方法處理后的產(chǎn)品及其用途。經(jīng)過本發(fā)明的方法處理后的鎳金屬或鍍有該鎳金屬的制品作為電子封裝中的引 線框架材料與環(huán)氧樹脂之間的粘附性能得到大幅提高，且該方法重復(fù)性好，使得封裝后的 電子器件具有更加穩(wěn)定的使用性能，操作簡單，成本低廉。本發(fā)明提供的金屬表面處理方法，包括下述步驟利用加熱氣體方法對(duì)待處理件 進(jìn)行表面處理，其中所述的氣體為一氧化碳，所述的待處理件為金屬或鍍有該金屬的制品。其中，所述的加熱氣體的工藝條件和方法可根據(jù)本領(lǐng)域常規(guī)方法進(jìn)行選擇，本發(fā) 明采用下述步驟進(jìn)行在真空管式爐中通入一氧化碳?xì)怏w，將一氧化碳?xì)怏w加熱，所述待處 理件處于加熱的一氧化碳?xì)夥罩屑纯?。所述的真空管式爐加熱氣體可以是密封形式，也可 以不密封并不斷通入氣體。較佳地，為維持所述氣體的反應(yīng)溫度，采用將氣體密封形式。
在本發(fā)明一較佳的實(shí)施方式中，所述的氣體加熱的具體操作步驟為(1)將所述 待處理件放入真空管式爐中；(2)將爐管抽真空至IOOPa以下；(3)打開氣體源，向所述爐 管中通入一氧化碳?xì)怏w，然后密封；(4)重復(fù)步驟(2)和(3) —次；(5)加熱爐管，使一氧化 碳?xì)怏w升溫至設(shè)定溫度，一氧化碳與所述待處理件表面接觸，即可。本發(fā)明中，所述真空管式爐可根據(jù)本領(lǐng)域常識(shí)進(jìn)行選擇，其中所述爐管可以密封 并能保持100 以下的真空，可以加熱至600°C以上并且溫度可控；所述待處理件放在爐管 恒溫區(qū)處，一般是爐管中間部分；所述加熱爐管的方式可以是電阻絲加熱、硅碳棒加熱。本 發(fā)明實(shí)施例所用真空管式爐采用硅碳棒加熱，所使用的真空管式爐型號(hào)為GSL—1400X。爐 管內(nèi)通入一氧化碳?xì)怏w后，氣壓一般為1一2個(gè)大氣壓，通常為1個(gè)大氣壓即可。所述的加 熱溫度在50°C 600°C，為實(shí)現(xiàn)較佳的經(jīng)濟(jì)效果和安全考慮，本發(fā)明選用60°C 200°C。所 述加熱的時(shí)間可根據(jù)本領(lǐng)域常識(shí)進(jìn)行選擇，為達(dá)到較好的表面處理效果，本發(fā)明優(yōu)選5分 鐘 240分鐘，為實(shí)現(xiàn)較好的經(jīng)濟(jì)效果更佳的為10分鐘 60分鐘。在本發(fā)明一較佳的實(shí)施方式中，所述的金屬較佳的為鎳或銅，更佳的為鎳。所述的 鍍有該金屬的制品較佳的為鍍有鎳的銅。所述的制品可根據(jù)實(shí)際需要制成各種形狀，如塊 狀、線狀、條狀或不規(guī)則形狀，較佳的為鍍鎳的銅線。本發(fā)明還提供了一種由上述金屬表面處理方法得到的金屬或鍍有該金屬的制品。 其中，所述的金屬較佳的為鎳或銅，更佳的為鎳；所述的鍍有該金屬的制品較佳的為鍍鎳的 銅，更佳的為鍍鎳的銅線。當(dāng)所述金屬為鎳時(shí)，得到的經(jīng)表面處理的鎳金屬與環(huán)氧樹脂之間 的粘附性相對(duì)于未經(jīng)表面處理的鎳金屬有很大程度的提高。本發(fā)明還提供了所述金屬或鍍有該金屬的制品作為引線框架材料的應(yīng)用，所述的 金屬為銅或鎳，較佳的為鎳。本發(fā)明所用的原料、試劑和設(shè)備均市售可得。本發(fā)明中，上述優(yōu)選條件在符合本領(lǐng)域常識(shí)的基礎(chǔ)上可任意組合，即得本發(fā)明各 較佳實(shí)例。本發(fā)明的積極效果在于
1、本發(fā)明公開了一種利用加熱氣體法處理金屬尤其是鎳金屬表面的方法。本發(fā)明主要 利用加熱的一氧化碳處理金屬的表面。在本發(fā)明一較佳的實(shí)施方式中，經(jīng)本發(fā)明方法處理 過的鎳金屬的表面與環(huán)氧樹脂的粘附性能得到大幅提高，從而使表面鍍鎳的銅引線的穩(wěn)定 性以及防潮性能得到明顯提高。2、本發(fā)明的表面處理方法操作流程簡單，成本低廉且易于控制，適合批量生產(chǎn)，不 會(huì)出現(xiàn)化學(xué)腐蝕方法中可重復(fù)性差的缺陷。


圖1為對(duì)鎳金屬進(jìn)行表面處理的設(shè)備示意圖。圖2為效果實(shí)施例1的框架(Tab Pull)吸附力測試中框架的示意圖。
具體實(shí)施例方式
下面通過實(shí)施例進(jìn)一步描述本發(fā)明。
實(shí)施例1采用圖1所示設(shè)備對(duì)鎳金屬框架材料進(jìn)行表面處理
將鎳金屬框架材料放置在爐管2中恒溫區(qū)3部分中；通過控制面板1設(shè)置加熱溫度 為60°C，加熱時(shí)間設(shè)為60分鐘；關(guān)閉進(jìn)氣閥門4采用包含機(jī)械泵6將爐管2的真空度抽至 IOOPa以下，然后關(guān)閉排氣閥門5 ；開啟進(jìn)氣閥門4打開一氧化碳?xì)庠?向該低真空爐管2 內(nèi)通入一氧化碳?xì)怏w，直至爐管內(nèi)氣壓為一個(gè)大氣壓；將上述抽氣、排氣過程重復(fù)一次，確 保爐管2內(nèi)是高純度一氧化碳；運(yùn)行已設(shè)定的加熱程序，用硅碳棒7加熱爐管2，從而形成 了經(jīng)表面處理的鎳金屬框架材料。實(shí)施例2
采用圖1所示設(shè)備對(duì)鎳金屬框架材料進(jìn)行表面處理
將鎳金屬框架材料放置在爐管2中恒溫區(qū)3部分中；通過控制面板1設(shè)置加熱溫度為 100°C，加熱時(shí)間設(shè)為60分鐘；關(guān)閉進(jìn)氣閥門4采用包含機(jī)械泵6將爐管2的真空度抽至 IOOPa以下，然后關(guān)閉排氣閥門5 ；開啟進(jìn)氣閥門4打開一氧化碳?xì)庠?向該低真空爐管2 內(nèi)通入一氧化碳?xì)怏w，直至爐管內(nèi)氣壓為一個(gè)大氣壓；將上述抽氣、排氣過程重復(fù)一次，確 保爐管2內(nèi)是高純度一氧化碳；運(yùn)行已設(shè)定的加熱程序，用硅碳棒7加熱爐管2，從而形成 了經(jīng)表面處理的鎳金屬框架材料。效果實(shí)施例1框架黏附力測試(Tab Pull)
用環(huán)氧樹脂對(duì)未經(jīng)表面處理的和實(shí)施例1 2經(jīng)表面處理的鎳金屬框架材料進(jìn)行封裝 (環(huán)氧樹脂型號(hào)為Hysol GR868，批號(hào)為KL-G730-2)，然后分別在PMC(Post Mold Cure)和 MSL3 (Moisture Sensitive Level 3, IPC/JEDEC J-STD-020)的測試條件下通過 Tab Pull 吸附力測試比較兩者的粘附性能。針對(duì)用環(huán)氧樹脂封裝的未經(jīng)表面處理的和實(shí)施例1 2 中經(jīng)表面處理的鎳金屬框架材料進(jìn)行四次力學(xué)性能測試，取其平均值。一、框架吸附力測試方法(Tab Pull)
圖2為框架吸附力測試(Tab Pull)中所用測試樣品的示意圖。該樣品的測試方法為
(1)將環(huán)氧樹脂12和經(jīng)表面處理的鎳金屬框架材料9 11按照圖2的結(jié)構(gòu)固化粘接 在一起；
(2)采用萬能拉力測驗(yàn)機(jī)進(jìn)行拉力試驗(yàn)將所述框架材料9和10固定在拉力臺(tái)上，并 對(duì)所述框架材料11施加如箭頭P所示的拉力，直至環(huán)氧樹脂12與所述框架材料11相互剝 離，取最大拉力值為該次測試的有效數(shù)據(jù)。該測試樣品的制作方法為
1、將框架專用模具放在壓機(jī)上并預(yù)熱；
2、將框架專用模具從壓機(jī)上取下并打開，放入所述框架材料9 11；
3、將框架專用模具放在壓機(jī)上并對(duì)所述框架材料預(yù)熱約20秒；
4、預(yù)熱所述環(huán)氧樹脂料餅；
5、將約40 50g環(huán)氧樹脂料餅放入料筒，啟動(dòng)壓機(jī)，開始傳遞模塑，將注塑壓力加在該 料餅上，將環(huán)氧樹脂注塑到框架專用模具中；
6、當(dāng)傳遞模塑完成后，取下框架專用模具，打開模具取出封裝好的框架并編號(hào)；
7、將封裝好的框架在175°C下固化6小時(shí)；
8、將框架放入潮箱中吸濕；9、將吸濕好的框架在回流焊爐中進(jìn)行回流；
10、將框架上多余的部分剪除得測試樣品。二、測試結(jié)果
用加熱一氧化碳處理的鎳金屬與環(huán)氧樹脂的粘附性能
對(duì)未經(jīng)表面處理的和實(shí)施例1 2所述的經(jīng)表面處理的鎳金屬框架材料進(jìn)行吸附力測 試，結(jié)果列于表1中。從表1中可知，對(duì)所述經(jīng)表面處理的鎳金屬框架材料進(jìn)行封裝并固化 后，鎳金屬框架材料和環(huán)氧樹脂的粘附力可達(dá)到166N，而在MSL3的測試條件下，其粘附力 仍可保有100N以上。未經(jīng)等離子浸沒式離子注入法處理的鎳金屬表面和環(huán)氧樹脂幾乎沒 有粘附力，而經(jīng)過本發(fā)明中所述方法處理過后，其粘附性能得到顯著提高。表 權(quán)利要求
1.一種金屬表面處理方法，其特征在于具體步驟為采用加熱氣體法對(duì)待處理件進(jìn)行 表面處理，所述的氣體為一氧化碳，所述待處理件為金屬或鍍有該金屬的制品。
2.如權(quán)利要求1所述的金屬表面處理方法，其特征在于所述的加熱氣體的具體操作 步驟為(1)采用真空管式爐，將所述待處理件置于真空管式爐的恒溫區(qū)；(2)將爐管抽真 空至IOOPa以下；(3)打開氣體源，向爐管中通入一氧化碳?xì)怏w；(4)重復(fù)步驟(2)和(3) — 次；(5)加熱爐管內(nèi)的一氧化碳?xì)怏w，用加熱的一氧化碳處理所述待處理件表面。
3.如權(quán)利要求2所述的金屬表面處理方法，其特征在于步驟(3)中所述爐管的氣壓在 充入一氧化碳后為一個(gè)大氣壓。
4.如權(quán)利要求2或3所述的金屬表面處理方法，其特征在于步驟(5)中所述加熱溫度 為50°C 600°C，加熱時(shí)間為5分鐘 240分鐘。
5.如權(quán)利要求1 4之一所述的金屬表面處理方法，其特征在于所述的金屬為鎳或 銅，所述的鍍有該金屬的制品為鍍鎳的銅。
6.一種由權(quán)利要求1 5之一所述的方法處理得到的金屬或鍍有該金屬的制品。
7.如權(quán)利要求6所述的鍍有該金屬的制品為鍍鎳的銅引線。
8.如權(quán)利要求7所述的金屬或鍍有該金屬的制品作為引線框架材料的應(yīng)用，所述的金 屬為鎳或銅。
全文摘要
本發(fā)明屬于電子封裝技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種用加熱一氧化碳處理金屬表面的方法。該方法通過加熱氣體對(duì)待處理件進(jìn)行表面處理，其中所述氣體為一樣化碳，所述待處理件為金屬或鍍有該金屬的制品。本發(fā)明還提供用所述方法得到的經(jīng)表面處理的金屬和鍍有該經(jīng)表面處理的金屬的制品，以及它們作為引線框架材料的應(yīng)用。本發(fā)明尤其利用加熱一氧化碳處理鎳金屬的表面，經(jīng)過處理的鎳金屬的表面與環(huán)氧樹脂的粘附性能得到大幅提高，從而使以鎳金屬作為引線框架材料或者在表面鍍鎳的引線框架材料的穩(wěn)定性以及防潮性能得到提高，且該方法操作流程簡單，成本低廉且易于控制，可以批量處理，不會(huì)出現(xiàn)化學(xué)腐蝕方法存在的可重復(fù)性差的缺陷。
文檔編號(hào)H01L21/56GK102061438SQ201010540198
公開日2011年5月18日 申請日期2010年11月11日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月11日
發(fā)明者劉立龍, 盧茜, 吳曉京, 周乾飛, 張昕, 朱瑋, 杜曉琴 申請人:復(fù)旦大學(xué)