我公司目前采用的倒角球是Al2O3球,磨料介质为碳化硅粉。一般根据工单所示该产品的瓷料种类及产品尺寸规格按工艺文件的配比规定进行第一步倒角配罐。首先用量杯量取产品倒入倒角罐内,然后量取倒角球介质倒入倒角罐内,再用秤称取碳化硅粉倒入倒角罐内,用吸管滴入LC-4F添加剂,最后加入纯水至罐高度约80%处。第一步倒角结束后,从倒角机上卸下倒角罐并开罐进行弧度检验。具体的尺寸规格如下表要求。 尺寸规格 0402 产品长度(mm) 0.92±0.04 产品宽度(mm) 0.45±0.04 产品厚度(mm) 0.45±0.04 ≥0.02mm且≤0.03mm ≥0.03mm且≤0.05mm ≥0.05mm且≤0.08mm ≥30% 棱边弧度 电极暴露率 0603 1.50±0.04 0.76±0.04 0.76±0.04 0.55±0.04 0.80±0.04 1.19±0.04 0805 备注 1.87±0.05 1.19±0.04 0603尺寸规格BME产品倒角弧度要求为大于0.04mm且小于0.06mm 在新品开发中经常遇到倒角不合格的情况,这种情况下要视不同情况选择返倒或者重倒。返倒指的是不需重新配罐接着倒角,重倒指的是重新配罐进行倒角。返倒、重倒每次进行0.5h,执行后重新检验,执行两次后检验仍不合格应书面反馈。
对吹干后的产品进行分选和挑选。将产品和倒角介质的混合物倒入分选机的入料斗中(BME产品则可用磁铁将产品从混合物中吸出),打开分选机电源,调节其振动频率使产品与倒角球很好的分离。分选后的产品应目视挑选出杂质、混片、瓷体受损、崩边、崩角不良品。
封烧端-端处工序
倒角后的产品要进行端头处理,这个处理包含三个工序:封端、烧端和端处。我司目前产品的端头结构为“三层电极结构”,即与内电极相连的Ag电极或Cu电极、起阻挡分割作用的Ni中间层、最外层的Sn镀层;三层电极的作用各不相同。与内电极相连的引出电极是采用Ag电极还是Cu电极取决于是BME体系还是NME体系,要保证端浆与瓷体有良好的粘接性,粘接力牢固;Ni阻挡层起到分割两层电极(Cn、Sn合金化之后熔点急剧下降,造成端头熔化脱落)、防止剧烈热冲击的作用;Sn层是直接影响客户使用的镀层,该镀层质量除了防止内部Ni电极氧化外,还影响SMT工艺。 1封端
封端的作用是通过外封金属端浆把倒角后裸露出来的内电极引出,金属端与内电极和瓷体应该具有良好的无应力结合,防止电镀过程中酸性电镀液的腐蚀,保证干热和潮湿试验寿命。
我司BME系列的MLCC产品采用用铜端浆,NME的MLCC产品选用银端浆。MLCC用端浆的组分如下表1所示:
表1端浆的组成成分 组分 球状或片状铜/银粉 玻璃体 树脂 添加剂 溶剂 比例 67~72% 3~7% 5~9% 1~2% 其余 倒角后不同批号、不同种类的电容封端所需要的端浆不同,我司根据实验性能对比要求选择端浆种类也不同。比如:YF-123B, AD143N, FW12000, EV173N, AD342N, X7R252N, GF272上述瓷料一般采用C-4139的铜端浆;C0G150L, CGL300, CG800LC, AD302J, X7R262L上述瓷料一般采用H-2954H银端浆。对于含铅的端浆,我司基本已不用。我司以前还用过S-95723和S-6128两种铜端浆。
端浆要在10±3℃的恒温箱中保存,使用前要在室温下放置24小时,并且要在满磨机上慢磨24小时,若端浆稀释后,还要加磨2小时,以保证端浆能均匀的混合,没有沉淀的现象发生。
若端浆粘度不在生产允许的范围内时,要做适当处理。如果实测粘度偏低,则打开瓶盖在室温下让
它挥发,直到粘度合格为止(放多久测试一次粘度没有规定),或者用真空泵抽真空帮助溶剂挥发;若实测粘度偏高则加稀释剂。
我司的压床封端机主要是台湾龙进、扬亦和美国ESI公司,其型号和产量如表2所示。
机器类别 表2 我司的封端机和压床、烘炉 型号 生产公司 产量 2号机0603 200k/h 3号机0603 400k/h 5号机0402 250k/h 1号机0603 400k/h 4号机0603 50k/h 6号机0603 350k/h -- 3台LGTM-4000C 台湾龙进公司 封端机 LGTM-2009 ES0300209 ESI2001 台湾龙进公司 台湾杨亦 美国ESI公司 EST-D-112~115 台湾杨亦 5台台湾龙进公司 -- LGTM-7370/6048CS 压床 ESI9300CS 美国ESi公司 -- LGAP7370 台湾龙进公司 -- 根据待冲压产品的尺寸规格选择针床、硅胶板、导入板转向板、垫块等合适的辅助器件,将装载盒开口朝上并将倒角后适量的电容放入装载盒内,按照装载盒定位孔的位置在开口处放上导入板并使其大孔径朝下,然后按照导入板定位销位置放上相应的空硅胶板,硅胶板有槽的那面向下。双手同时握住硅胶板及装载盒的两边并在垂直的方向上旋转180℃晃动装载盒使其内部的电容筛如导入板孔内,使硅胶板有电容的面朝上,按住导入板盒硅胶板再取下装载盒,自检并保证导入板表面及孔内无多余杂质或电容。依照压床定位销位置将筛有产品的硅胶板和导入板放在垫有无孔板的压床上,将产品压入硅胶板中冲压完成首从压床上取出硅胶板和导入板,然后取下导入板。在压床上垫无孔板取封完一端的产品的硅胶板使其有电容的一面朝上,按照硅胶板定位孔位置放上转向板,再按照转向板定位销位置放上另一块硅胶板(硅胶板有槽的一面朝上)将它们在垂直方向上旋转180度使空硅胶板在下方,然后按照压床定位销的位置将它们放在压床上将产品从原硅胶板压入到另一块硅胶板。然后,取下无孔板,取封完两端产品的硅胶板将硅胶板芯片面朝下放在压床上并用针床压出封好端的产品再从压床上取出空硅胶板。
需要注意的是在封端前要仔细检查装载好产品的硅胶板,将压矮、压高、压斜的芯片及倒角球、碎片等挑出,若发现有定位性质量问题应对压床状态进行检查并做相应调整,封端完成后,自检该板产品封端质量,若发现该板局部位置有质量问题应作标识以便于烘干后将不良品挑选出来(若发现有定位性质量问题应对封端机、压床状态进行检查并做相应调整)。
自检过程挑选出来的不合格品数量若超过1K应进行返工。返工时,先用工业酒精(或三氯乙烯,如必要可用对应端浆的稀释剂)浸泡、清洗,然后晾干,再在烘箱中150±20℃下烘1h以上后送IPQC检外观,外观检验合格后才可按以上步骤重新封端,否则应重新清洗、烘干。
端窄是封端工序中常见质量问题,主要纠正方法如下:检查针床,确保压出来的硅胶板上的产品电容凸出量一致。测量实际沾浆膜厚,确保膜厚一致。调整封端参数。主要从加大“银膏厚度”、减小“晶片凸出”、加大“整平间距”(绝对值)、加大“整平停留”这几个方面进行调整。注意观察封端过程所刮膜面的质量,若有条纹应清除端浆内的掉片或颗粒。反馈动力部检查封端上平台与沾银平台的平行度。
封完一端后的产品要先放入烘干炉中烘干使端头具有一定的强度,才能通过转向板转向封另一端,电容在烘干炉中的时间大约是15分钟左右烘干的温度不宜超过200℃,以免铜端浆的氧化。 2烧端
封端后的产品要经过烧端使得端头和瓷体电极结合牢固,烧端的过程与烧结的过程相类似,端浆中的添加剂和树脂要在高温下挥发掉,玻璃体在晶粒界面起主要的粘接作用,降温后形成有一定强度和密度的实体,在此过程中端头会收缩。我司的烧端设备如下:
表3封端工艺设备及产量 机器类别 型号 生产公司 产量 氮气烧铜炉 AS051 台湾双永 0603 1kk/h 空气烧银炉 TFT142-7-126A48 BTU mier 0603 500k/h National 氮气烧铜炉 20AAAMG-36 日本光洋 0603 800k/h 空气烧银炉的承烧板使用氧化铝板和镊网,烧铜炉的承烧板选用镍或者镍铬网,排片时尽量让所有的电容单层排布,防止烧端的过程中粘片。烧铜时要加盖网,以便使气体能够均匀的通入电容上,防止电容因气流而相互堆叠。
由于Cu在空气中很容易被氧化,所以在烧铜端的过程中需要氮气保护,但是Cu作为一种有较强氧化性的元素在高温下又很容易得氧被氧化,瓷体中的氧原子很容易失去,Ti4+被还原成Ti3+瓷体将变成半导体,造成瓷体发青,电性能下降,X7R和X5R系列的瓷粉尤其如是,目前防止的方法是采用二次烧端的方式,第一次是在低温过程中进行的使电容中的有机物挥发,降低有机物在高温区的几率,同时端头有一定的强度;第二次端头在高温下烧结强度进一步得到提高。烧铜炉中,通过合理的选择各个区的空气流量值来控制整个气氛中的氧含量,降低瓷体中的失氧。高温区的排气流量小,炉入口处和出口处的气流量较大,让有机物在低温区就全部除去,防止高温时有燃烧不全的有机物碳化从瓷体中夺氧,造成瓷体变色的现象。 3端处电镀工艺
MLCC产品最终是要焊接在PCB板上,为了保证其可焊性,封端后的电容芯片要要镀锡,但是电容的铜端和银端的抗热冲击性能都不是很强,所以要在铜端和锡层中间加镀一层镍。端处的主要过程就是两层金属电镀的过程,其主要流程如图所示。
领料 超声波清洗 抛光 吹干 除油 分选 喷淋 外观挑选 漂洗 超声波清洗 活化 吹干 喷淋 干燥 喷淋 上镍 自检 喷淋
端处的流程图
3.1 镀镍
电容芯片在具有螺旋升角的振筛中,依靠振筛的震动,沿着一定的方向做往复螺旋运动,在运动中电容与电容相互磨擦,进行初步的抛光。以便除区铜在烧端的过程中产生的氧化膜,其主要成分是Cu2O,呈Cu/Cu2O/CuO结构。
电镀过程中设置除油槽的作用是,除去电容表面的圬物,使得电镀金属能够牢固的与端头金属相结合。基本组成为中性清洁剂,浓度控制标准为30±20g/l;比重控制为1.020±0.025g/ml。先用去离子水清洗干净除油槽,加入去离子水,打开加热装置,使水升温到55℃左右,在此温度下除油液的去污能力最强。
活化剂的主要目的是对电镀端头的金属进行腐蚀,使得其表面能够很方便的形成要镀金属的核,方便其长大。我司活化剂的中性活化剂浓度控制标准为30±10g/l;活化液比重控制为1.007±0.020g/ml。
镀液是由多种成分组成,各成分起着各自的作用,而且相互间只有适当的组合才能够取得良好的效果。我司镍槽中总镍含量65±10g/l,氯化镍(NiCL2·6H2O)18±8g/l, 硼酸40±8g/l,PH 值4.5±0.5。镍镀液的组分主要有以下几类:
⑴ 氨基磺酸镍:是镀液的主要成分,是镍离子的主要来源,绿色;选择氨基磺酸镍作为电解液的主要成分,因为以它为载体的镍离子镀到端头表面应力很低,镀层不容易开裂。
⑵ 氯化镍:只有氨基磺酸镍的溶液,通电后镍阳极的表面很容易钝化,影响镍阳极的正常溶解,镀液中镍离子含量迅速减少,导致镀液性能恶化。加入氯离子,能显著改善阳极的溶解性,还能提高镀液的导电率,改善镀液的分散能力,但氯离子含量也不能过高,否则会引起阳极过腐蚀或不规则溶解,产生大量阳极泥,悬浮于镀液中,使镀层粗糙或形成毛刺,因此氯离子含量应该严格控制。
⑶ 硼酸:在镀镍时,由于氢离子在阳极放电,会使镀液的批PH值逐渐上升,当PH值过高时,阳极表面附近的氢氧根离子会与金属离子形成氢氧化物夹杂于镀层中,使镀层外观和机械性能恶化。加入硼酸后,硼酸在水溶液中会解离出氢离子,对镀液的PH值起到缓冲作用,保持镀液PH值的相对稳定。除硼酸外,其它如柠檬酸、醋酸以及它们的碱金属盐类也有缓冲作用,但硼酸的效果最好。如镀液中硼酸含量过低,缓冲作用太弱,PH值不稳定;如含量过高,因硼酸的溶解度小,在室温下容易析出,造成镀层出现毛刺等,所以一般应该根据温度控制在30g/L~45g/L之间。
⑷润湿剂:在电镀过程中,阴极上往往发生着析氢的副反应。氢的析出,不仅降低了阴极电流效率,而且由于氢气泡在电极表面上的滞留,会使镀层出现针孔。为了防止针孔的产生,应向镀液中加入少量润湿剂,如十二烷基磺酸钠。它是一种阴离子型的表面活性剂,能吸附在阴极表面上,降低了电极与溶液间界面的张力,从而使气泡容易离开电极表面,防止镀层产生针孔。
⑸镍阳极:镍阳极种类很多,常用的有电解镍、铸造镍、含硫镍、含氧镍等,为了防止阳极泥进入镀液产生毛刺,一般用阳极袋屏蔽,镍阳极放在Ti网中。
⑹PH值:一般情况下,镍镀液的PH值控制在4.5~5.4之间,因此对硼酸的缓冲作用最好。当其它
条件一致时,溶液的PH值低,溶液的导电性能增加,阴极极限电流增加,阳极效率提高,但是阴极效率降低。如镀液的PH值在5以上的时候,镀层的硬度、内应力、拉伸强度将迅速增加,延伸率下降。用PH计测量PH值是否在规定的范围内4.5±0.5,偏高时加氨基磺酸,偏低时加碳酸镍调整,添加时固体粉末不应直接加入药水中,可加到药品袋中使其溶解。
⑺温度:根据镍镀液组成的不同,镀液的操作温度可在15℃~60℃的范围内变化。添加导电盐的电镀液可以在常温下电镀。使用瓦茨液可以提高电镀速度,因此可以采用较高的温度。若其它条件相同,通常提高镀液温度,可使用较大的电流密度而不至于烧焦,同时镀层硬度低,韧性较好,我司电镀选择温度55℃。
镀镍时,阴极上的主反应是镍离子还原为金属镍,Ni2++2e =Ni;由于镍镀液为酸性因此阴极上还有H+还原为H2的副反应发生:2 H++2e= H2 ↑。
镀镍时,阳极上的主反应为金属镍的电化学溶解:Ni-2e=Ni2+,当阳极的电流密度过高,镀液中又缺乏阳极活化剂时,将发生阳极钝化,并有析出氧气的副反应发生:2H2O-4e=O2+4H+,加入Cl-可以防止阳极钝化但是也可能发生析出氯气的反应:2Cl--2e=Cl2 ↑。
3.2镀锡
电镀完镍合格后的电容,经过喷淋、漂洗、喷淋、预浸后进入锡槽,开始镀锡。我司用的锡镀液中主要有甲基磺酸锡,甲基磺酸,第一光亮剂,第二光亮剂,开缸剂(主要成分是络合物)。对锡液的控制是通过总锡量,PH值和比重来完成的。我司锡液的主要成分控制如下:总锡15±5g/l、PH值3.5±1 、比重1.15±0.05g/ml。
钢珠在活化前按比例加入,作为电容与电容之间的连接部分,起着传导电流的作用,在端处工艺中起着不可忽视的作用。我司的钢珠包括两种:已预镀钢珠和未预镀钢珠。 新钢珠 → 筛选(40目)→ 除杂 → 除油 → 清洗 → 除锈 → 清洗 → 镀锡 → 清洗 → 烘干 →
筛选(30目)→ 0402备用桶(通过30目)或0603备用桶(未通过30目)
新钢珠首先用40目不锈钢标准筛进行筛选,把未通过筛网的直径较大的钢珠收集起 来进行下一步程序,把通过筛网的直径较小的钢珠收集起来集中放置。将直径较大的钢珠用选形机进行分选,除去钢珠中的杂质。将分选好的钢珠进行除油处理(采用钢珠专用除油液),时间为20±10 min(已预镀 钢珠时间取下限值)。除油后用自来水将钢珠表面的除油液清洗干净。清洗后将钢珠用10%的工业盐酸进行除锈,在除锈过程中应进行适当的搅拌,以达到更好的除锈效果;除锈时间约为20~50分钟,具体时间应根据实际除锈效果而定。用自来水将钢珠上的盐酸清洗掉。在处理钢珠专用槽中镀钢珠,使钢珠表面镀上一层锡层,镀锡时间及电流参数见操做时的具体时间应根据钢珠表面的上锡效果而定,尽量使得钢珠表面完全镀上锡。用自来水将钢珠表面的锡液清洗干净,并进行烘干处理。