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第七章 微互联技术

1、微互联技术与封装:
微电子封装技术一直追随着IC的发展而前进,一代IC,就有相关一代微电子封装相配合。毫无疑问,微电子封装技术的发展必然对微互联技术提出更高的要求。

2、钎焊材料及其浸润性:钎焊可定义为“需要连接的母材金属不熔化,在其间隙中充填熔点比母材的低、且呈熔化状态的金属或合金,经冷却固化而实现母材间的连接”
a.各种钎焊材料及其浸润性:
■各种钎焊(软钎焊及硬钎焊)材料及其熔点温度范围:焊料熔点高于450℃,这种焊料称为硬钎料(brazing filler metal),采用硬钎料的钎焊为硬钎焊(brazing),焊料熔点低于450℃,采用这种焊料的称为软钎焊(soldering);
■Sn-Pb系焊料的特性:由锡铅构成的Sn-Pb系焊料因Sn-Pb配比不同,特性会有很大变化,其中Pb的熔点为327℃,Sn的熔点为232℃,在63Sn/37Pb的共晶焊料成份时熔点最低为183℃;
b.焊料浸润性的定义及评价方法:
■焊料浸润性的定义:焊料浸润性的好坏,可根据焊料附着于导体膜或金属表面时所形成接触角的大小来判断,焊料与膜层间的接触角越小,焊料的浸润性越好;
■焊料浸润性的评价方法:
展宽法—ASTM-B-545、JIS-Z-3197(焊料球法、焊料丸法、焊料浆料法)
浸渍法—MIL-STD-883、JIS-C-5033
接触角法—Radio Corp. of America
沉球法—ASTM-B-545
表面张力法—MIL-STD-883B

3、插入实装及表面贴装技术(微钎焊技术)
a.流焊技术(插入实装/单面、双面混载实装技术):涂布焊剂—预加热—喷流焊—冷却
■单面插入式实装的工艺过程:
印制板供给—轴向阵脚元件插入—径向针脚元件插入—喷流焊工艺钎焊实装—印制板收纳;
■单面混载实装的工艺流程:
印制板供给—涂布胶粘剂—标准片式元件安装—异形片式元件安装—UV硬化—印制板收纳—印制板供给(反转180度)—轴向阵脚元件插入—径向针脚元件插入—喷流焊工艺钎焊实装—印制板收纳;
■双面混载实装的工艺过程:
印刷焊料浆料—安装SMD—回流焊表面贴装—反转—涂布粘结剂—安装SMD—粘接剂硬化—反转—THD插入—喷流焊钎焊实装;
b.整体回流焊技术(双面表面贴装技术):回流焊可定义为通过包镀、成形、印刷、浸渍等方法,预先将适量的焊料置于需要钎焊的部位(预敷焊料),再用红外、热风及激光等不同热源加热该部位,使焊料熔化进行钎焊的方法。
■预敷焊料的常见方法及工艺:
焊料法(焊膏法)—印刷、涂覆、转印、浸渍等工艺;
包镀法—电镀、化学镀、焊料熔融等工艺;
成形法—条带成形、薄片成形、个别成形、连续成形、一次成形等工艺;
■SMD双面整体回流焊的工艺过程:
印刷焊料浆料—涂布粘结剂—安装SMD—整体回流焊—反转180度—印刷焊料浆料—安装SMD—整体回流焊;
■各种回流焊技术的分类:
整体回流焊技术:红外线回流焊(远近红外方式)、热风回流焊(空气炉还原气氛炉)、气相回流焊VPS、电阻法(电热板和加热板方式);
局部回流焊技术:非接触式—红外激光法(CO2激光、YAG激光)、通常光源法(氙灯、氙卤族灯)、超声波法,接触式(加热器加热法)—瞬时加热法(脉冲加热、并行谐振腔法)、常时加热法(热泵法)
c.封装裂纹问题及曼哈顿现象(墓碑现象):
d.焊剂应用及清洗技术:
■钎焊焊剂应具备的条件主要有:
具有足够的化学活性(以便去除母材及焊料表面的氧化膜);
对于母材具有良好的浸润性和流动性;
良好的热稳定性;
具有一定的电化学活性;
焊剂残渣容易去除;
对于人体及器具无害;
■适用于SMT的钎焊方法及采用焊剂的情况:
清洗型:松香系焊剂、水溶性焊剂;
免清洗型:焊剂(低残渣、无残渣)、无焊剂(保护性气氛、真空)
■钎焊后处理工程的分类:
清洗:松香系焊剂—CFC113(回收,再利用)、替代CFC113(HCFC、酒精)、水清洗(碱皂化、松节油),水溶性焊剂—水清洗;
免清洗:焊剂—RMA、低残渣焊剂、无残渣焊剂,无焊剂—保护性气氛(N2、H2)、真空;

4、表面贴装技术(微钎焊技术)的发展方向:
a.窄节距QFP及TCP实装技术的发展方向
b.面阵列CSP/BGA实装技术;
c.无铅焊料及相关技术:
■各种无铅焊料:实用化的有Sn-Ag、Sn-Ag-Cu及Sn-Ag-Cu中添加Bi;
■无铅焊膏(焊料浆料)的开发动向;
■电子器件的表面处理与无铅焊料的相容性:
片式元件电极的表面处理;
半导体封装端子的表面处理;
印制线路板导体焊盘的表面处理;

5、裸芯片微组装技术:
a.各种裸芯片微组装技术及其特征
■芯片载体法;
■带载芯片法(TAB:Tape Automated Bonding 带载自动键合法)
■引线连接法;
■倒装片法(ILB:Inner Lead Bonding 内引线键合);
■梁式引线法;
b.MCM中裸芯片微组装的成品率及电气性能检测:
■MCM封装成品率及返修、更换问题;
■针对MCM的电气功能检测技术;
c.引线连接(WB)技术:
■热压键合(Thermocompression bonding TCB) ;
■超声键合法(Ultrasonic bonding USB);
■热超声键合法(Thermosonic bonding TSB);
■键合性能及评价方法:SEM扫描电子显微镜 scanning  electro  microscope;
d.带载自动键合(TAB)技术:
■绝缘载带形成工程;
■芯片凸点形成工程;
■内侧引线键合(ILB)工程;
■外侧引线键合(OLB)工程;

6、倒装焊微互联(FCB)技术:
a.倒装焊微微互联技术的必要性;
b.金凸点和焊料凸点的形成—硅圆片电镀凸点技术:
■各种代表性的凸点形成方法:引线键合法(WB)形成钉头凸点、电镀法、化学镀法、转写法;
■金凸点:工艺流程如下:溅射镀膜—光刻—电镀—去除光刻胶—蚀刻复合金属膜—退火;
■焊料凸点:与金凸点类似,但为了抑制Sn的扩散,需要采用更有效的阻挡层;
c.各种倒装互联技术:
■实现倒装微互联的各种方式:可控塌陷芯片连接法(C4法)、各项异性导电胶(膜)法(ACF和ACP、钉头凸点法(SBB)和机械接触互连法
■芯片下填充技术(underfill);
d.倒装焊的主要类型:C4和DCA;
■可控塌陷(或坍塌)芯片互连C4(controlled collapse chip connection)、芯片焊料凸点的制作、基板焊盘的金属化及芯片互连;
■DCA直接芯片连接,Direct Chip Attach;

7、压接倒装互联技术:
a.各种压接倒装互联技术:
■导电性粘结剂连接方式(西铁城、松下电器产业);
■各向异性导电膜(浆料)连接方式;
■利用表面电镀Au的树脂微球进行连接的方式(精工-Epson 、夏普、三菱等);
■Au凸点连接方式(松下电器产业);
■In合金微承插口连接方式(东芝);
■ASMAT,VIS连接方式(日东电工、住友金属);
b.钉头凸点互联(SBB stud bump bonding)技术,它具有以下优点:
■便于微互联端子节距的微细化;
■易于LSI芯片的更换和返修;
■能承受基板弯曲产生的应力及热应力等;
■良好的整体性保证高可靠性;
■无铅化;
c.多层基板上形成凸点的倒装压接技术(B2it+FCA)
■多层基板上形成凸点的倒装片压接技术的特征;
■印刷法、电镀法形成凸点及B2it+FCA工艺;
■压接互连(conduct)电阻与B2it+FCA工艺条件的关系;
■B2it+FCA的互连可靠性试验结果;
■凸点压接互连电阻对电气信号传输波形的影响;
d.微互联电阻的测量方法(四端子测量法)。

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