Procedimiento para mejorar la adherencia entre una superficie de plata y un material de resina,

que comprende una etapa de tratar electrolíticamente la superficie de plata con una solución de hidróxido seleccionada de entre hidróxidos de metales alcalinos, hidróxidos de metales alcalinotérreos, hidróxidos de amonio y sus mezclas, en el que la superficie de plata es el cátodo, en el que la concentración de hidróxido en la solución de tratamiento es de 10 a 500 g/l

Campo de la invención

La invención se refiere a un procedimiento para mejorar la adherencia entre superficies de plata y materiales de resina, tales como resinas epoxi y materiales de moldeo. Dicho procedimiento es útil en la producción de dispositivos electrónicos, tales como bastidores de conductores y dispositivos de montaje superficial (SMD).

Antecedentes de la invención

Los bastidores de conductores se usan en la fabricación de dispositivos electrónicos montados en placas de circuito impreso (dispositivos de montaje superficial, SMD). Una etapa en la producción de SMDs es la aplicación de un material de resina (molde) sobre el bastidor de conductores con fines de protección, es decir, la formación de los denominados paquetes. Normalmente, los bastidores de conductores contienen superficies de cobre y plata. De esta manera, el molde está en contacto con las superficies de plata y cobre del bastidor de conductores. Durante el tiempo de vida útil del producto SMD, se debe garantizar que no se producirá una delaminación entre el metal y el molde, de lo contrario la parte SMD puede fallar.

Durante la vida útil del paquete, la humedad ambiental puede ser absorbida en la superficie del molde y el bastidor de conductores. El problema con la absorción de humedad y la retención en el interior del paquete, es que la humedad atrapada se evaporará y ejercerá una tremenda tensión interna en el paquete cuando el dispositivo sea sometido a una temperatura elevada repentina, tal como la temperatura de soldadura durante el montaje en una placa, y esto puede conducir a una delaminación. Esta delaminación inducida por humedad se denomina "efecto palomitas de maíz". Para evitar el efecto palomitas de maíz, los paquetes deberán ser empaquetados o re-empaquetados bajo condiciones libres de humedad, para evitar la absorción antes de la soldadura, lo que hace que el procedimiento de montaje sea más costoso y el control de calidad sea más difícil. Debido a las temperaturas de soldadura más altas usadas en aplicaciones de soldadura libres de conexiones, el riesgo de que ocurra el efecto palomitas de maíz es particularmente elevado, lo que resulta en más fallos de paquetes.

En reconocimiento a los diversos grados de tendencia al agrietamiento de tipo palomitas de maíz de los diversos tipos de paquetes, IPC/JEDEC definió una clasificación estándar de niveles de sensibilidad a la humedad (MSL) de paquetes de circuitos integrados con conexiones. Según este estándar (J-STD-20 MSL), los MSL se expresan en términos numéricos, con el número MSL aumentando con la vulnerabilidad del paquete al agrietamiento de tipo palomitas de maíz. De esta manera, MSL1 corresponde a paquetes que son inmunes al agrietamiento de tipo palomitas de maíz independientemente a la exposición a la humedad, mientras que los dispositivos MSL5 y MSL6 son los más propensos al agrietamiento inducido por la humedad. El objetivo es conseguir el MSL1.

Según el estándar J-STD-20 MSL, el dispositivo completo es ensayado durante un cierto tiempo bajo condiciones de humedad y de temperatura específicas (véase Tabla 1).

Tabla 1. Clasificaciones IPC/JEDEC J-STD-20 MSL 5

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45 (Cont.)

(1): El tiempo de impregnación estándar es la suma del valor por defecto de 24 h para el tiempo de exposición del fabricante de semiconductores (MET) entre el horno y la bolsa y el ciclo de vida útil o el tiempo máximo permitido fuera de la bolsa en las instalaciones del usuario final o del distribuidor. Por ejemplo, un paquete MSL 3 requerirá un tiempo de impregnación estándar de 192 horas, el cual es 168 horas de vida de suelo más 24 horas entre horno y bolsa en el fabricante de semiconductores. (2): TOL significa “Tiempo en etiqueta”, es decir, el tiempo indicado en la etiqueta del paquete.

Con el fin de asegurar una adherencia suficiente en condiciones de la vida real, los paquetes de circuitos integrados con conexiones se ensayan según el estándar IPC/JEDEC J-STD-20 MSL. Otro ensayo práctico para la fuerza de adherencia es el denominado ensayo de tracción con lengüeta, que es común en la industria para propósitos de calificación. Una indicación de la fuerza de adherencia entre una superficie de metal y un molde puede obtenerse también a partir de un simple ensayo de pelado. Tanto el ensayo de tracción con lengüeta como el ensayo de pelado se usan durante la fase de desarrollo y calificación, como una buena herramienta para identificar las mejoras en la adherencia entre una superficie de metal y un material de resina. El ensayo de lengüeta de tirado y el ensayo de pelado se realizan típicamente en una muestra de ensayo, en lugar de en un paquete real. Para el ensayo MSL en paquetes reales, puede usarse microscopía acústica de barrido en modo C (C-SAM), para detectar una delaminación en la interfaz entre la plata y el molde.

El nivel conseguible de sensibilidad a la humedad no sólo depende de la adherencia entre el molde y la superficie del bastidor de conductores, sino también del tamaño y de la dimensión del paquete. En general, los SMD son propensos al agrietamiento de tipo palomitas de maíz, debido a que son delgados y, por lo tanto, tienen menor resistencia a la fractura, absorben y retienen la humedad con mayor facilidad, y el montaje de los SMD en placas somete también el compuesto de moldeo a las altas temperaturas experimentadas por los conductores.

La superficie de la mayoría de los bastidores de conductores que se producen típicamente, en la actualidad, consisten en dos metales, concretamente, cobre o aleación de cobre, que es el material base del bastidor de conductores, y plata. Las proporciones relativas de cobre y plata pueden variar entre los diferentes bastidores de conductores. El material base influye en la estabilidad térmica y mecánica del bastidor de conductores. La plata en la superficie del bastidor de conductores se requiere para crear una conexión eléctricamente conductora entre el bastidor de conductores y los chips montados sobre el mismo. Durante un procesamiento adicional de los bastidores de conductores, esto suele hacerse mediante unión termosónica (TSB), que implica el contacto de un alambre delgado a ambos, el chip y la plata en el bastidor de conductores.

La unión termosónica, que se conoce también como unión por hilo, es un procedimiento de soldadura superficial en el que dos superficies metálicas limpias (sustrato y cable) se ponen en contacto, para crear una unión estable entre el hilo de unión (que normalmente consiste en oro, pero puede consistir también en aluminio) y la plata en el sustrato del bastidor de conductores. De esta manera, este procedimiento es sensible a las impurezas en las superficies metálicas.

En cuanto a las superficies de cobre y de aleaciones de cobre de bastidores de conductores se refiere, ahora es común en la producción de bastidores de conductores desbastar la superficie de cobre o de aleación de cobre con el fin de mejorar la adherencia entre la superficie y el material de resina (molde) usados posteriormente en la producción de SMDs. El desbaste se consigue normalmente mediante un procedimiento de grabado químico, pero también puede lograrse electroquímicamente, es decir, mediante la aplicación de una corriente anódica al material de cobre. Algunos de los procedimientos de grabado químico producen también una capa de óxido en las superficies de cobre, que tiene un efecto positivo sobre la adherencia, ya que las superficies de óxidos metálicos muestran, en general, una mejor adherencia a las resinas que las superficies metálicas libres de óxido. Sin embargo, el efecto de dicha capa de óxido es, probablemente, bastante pequeño en comparación con el efecto del desbaste químico.

Un procedimiento estándar de desbaste de cobre o aleación de cobre en la superficie de los bastidores de conductores y, por lo tanto, de mejora de la adherencia de los materiales de resina (moldes) al cobre o a la aleación de cobre... [Seguir leyendo]

1. Procedimiento para mejorar la adherencia entre una superficie de plata y un material de resina, que comprende una etapa de tratar electrolíticamente la superficie de plata con una solución de hidróxido seleccionada de entre hidróxidos de metales alcalinos, hidróxidos de metales alcalinotérreos, hidróxidos de amonio y sus mezclas, en el que la superficie de plata es el cátodo, en el que la concentración de hidróxido en la solución de tratamiento es de 10 a 500 g/l.

2. Procedimiento para producir un dispositivo electrónico de montaje superficial, que comprende las etapas siguientes, realizadas en este orden:

(I) proporcionar un bastidor de conductores que tienen superficies de cobre y plata,

(Ii) opcionalmente, desbastar las superficies de Cu,

(Iii) tratar electrolíticamente las superficies de plata del bastidor de conductores con una solución que contiene un hidróxido seleccionado de entre hidróxidos de metales alcalinos, hidróxidos de metales alcalinotérreos, hidróxidos de amonio y sus mezclas, en el que el bastidor de conductores es el cátodo,

(Iv)encapsular un dispositivo electrónico junto con el bastidor de conductores usando un material de resina.

en el que la concentración del hidróxido en la solución de tratamiento es de 10 a 500 g/l.

3. Procedimiento según la reivindicación 1 ó 2, en el que la etapa de tratamiento electrolítico de la superficie de plata es realizada sin depositar ningún metal en la superficie de plata.

4. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la solución está esencialmente libre de iones metálicos diferentes a los iones de metales alcalinos o alcalino-térreos.

5. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la temperatura de la solución con la que se trata la superficie de plata es de 20 a 50ºC.

6. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la duración del tratamiento electrolítico es de 5 a 300 segundos.

7. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la densidad de corriente catódica aplicada en la etapa de tratamiento electrolítico de la superficie de plata es de 2 a 40 A/dm2.

8. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el hidróxido es hidróxido de sodio o hidróxido de potasio.

9. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la solución de tratamiento contienen además una sal de silicato.

10. Procedimiento según la reivindicación 9, en el que la concentración de la sal de silicato en la solución de tratamiento es de 1 a 100 g/l.

11. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la solución de tratamiento contiene una o más sales de mejora de la conductividad.

12. Procedimiento según la reivindicación 11, en el que la concentración de las sales de mejora de la conductividad en la solución de tratamiento es de 1 a 100 g/l.

13. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la solución de tratamiento contiene uno o más tensoactivos.