微電子連接技術概述課件

第13章微電子連接技術概述一、集成電路的封裝

二、微電子器件的連接技術應用

三、電路板組裝微連接技術

四、微電子連接無鉛釬焊技術第13章微電子連接技術概述一、集成電路的封裝

二、微電子器13.1集成電路的封裝圖14-1插裝型典型封裝13.1集成電路的封裝圖14-1插裝型典型封裝14.1集成電路的封裝圖14-2貼片型集成電路典型封裝14.1集成電路的封裝圖14-2貼片型集成電路典型封裝14.2微電子器件的連接技術應用14.2.1傳統(tǒng)連接工藝應用

14.2.2梁式引線和面鍵合技術

14.2.3自動載帶組焊技術14.2微電子器件的連接技術應用14.2.1傳統(tǒng)連接工藝14.2.1傳統(tǒng)連接工藝應用1.釬焊技術

2.熔焊技術

3.壓焊技術

4.粘接技術14.2.1傳統(tǒng)連接工藝應用1.釬焊技術

2.熔焊技術

32.熔焊技術熔焊在微電子器件制造中用得不多，但其中電子束焊、激光焊、鎢極脈沖微束氬弧焊、微束等離子焊及高頻感應熔焊都是很有發(fā)展前途的微電子器件焊接方法，主要用于外殼封裝，電子束焊和激光焊還可用于內引線焊接。共晶焊也稱低熔點合金焊，是較特殊的用于微電子焊接的熔焊技術，其中主要是Au-Si共晶焊。共晶焊應用領域與粘接技術的應用類似(見表14-4)，但連接的機械強度較高，熱阻小，可靠性高。金-硅共晶熔點在370℃左右，金-硅共晶焊是在一定的溫度(超過金-硅共晶熔點)和一定壓力下，將芯片在鍍金的底座上輕輕揉動摩擦，擦去界面上不穩(wěn)定的氧化層，使接觸面間硅與金熔化；冷卻后由液相形成以晶粒形式互相結合的機械混合物(金-硅共熔晶體)，從而使硅芯片牢固地連接到鍍金的底座上并形成良好的歐姆接觸。2.熔焊技術熔焊在微電子器件制造中用得不多，但其中電子束焊、14.2.2梁式引線和面鍵合技術1.梁式引線技術

2.面鍵合技術(倒裝芯片連接技術)14.2.2梁式引線和面鍵合技術1.梁式引線技術

2.面鍵1.梁式引線技術圖14-3梁式引線器件的結構1)芯片上無論有多少引線和焊點，均可一次焊接成形，1.梁式引線技術圖14-3梁式引線器件的結構1)芯片上無1.梁式引線技術焊接速度快，生產效率高。

2)制作連接引線時，芯片不受壓力。

3)比引線絲焊接的可靠性高。

4)空氣隔離的梁式引線，適用于高頻和微波器件。1.梁式引線技術焊接速度快，生產效率高。

2)制作連接引線2.面鍵合技術(倒裝芯片連接技術)圖14-4多層銀-錫凸點芯片結構圖2.面鍵合技術(倒裝芯片連接技術)圖14-4多層銀-錫凸點2.面鍵合技術(倒裝芯片連接技術)圖14-5倒裝芯片連接示意圖2.面鍵合技術(倒裝芯片連接技術)圖14-5倒裝芯片連接示14.2.3自動載帶組焊技術圖14-6典型的24引線設計圖形14.2.3自動載帶組焊技術圖14-6典型的24引線設計14.2.3自動載帶組焊技術圖14-8雙列直插式封裝的外引線框載帶14.2.3自動載帶組焊技術圖14-8雙列直插式封裝的外14.2.3自動載帶組焊技術圖14-9自動載帶組焊技術主要工藝流程14.2.3自動載帶組焊技術圖14-9自動載帶組焊技術主14.3電路板組裝微連接技術14.3.1波峰焊

14.3.2再流焊14.3電路板組裝微連接技術14.3.1波峰焊

14.314.3.1波峰焊1.雙向波峰焊

2.雙波峰焊

3.振動波峰焊

4.波峰焊中的錫球14.3.1波峰焊1.雙向波峰焊

2.雙波峰焊

3.振動波14.3.1波峰焊圖14-10波峰焊基本原理示意圖14.3.1波峰焊圖14-10波峰焊基本原理示意圖1.雙向波峰焊圖14-11雙向波峰形狀示意圖

a)用于水平傳送的印制電路板b)用于傾斜傳送的印制電路板1.雙向波峰焊圖14-11雙向波峰形狀示意圖

a)用于水平1.雙向波峰焊圖14-12λ波峰示意圖1.雙向波峰焊圖14-12λ波峰示意圖2.雙波峰焊圖14-13雙波峰軟釬焊示意圖2.雙波峰焊圖14-13雙波峰軟釬焊示意圖3.振動波峰焊圖14-14Ω波峰系統(tǒng)示意圖3.振動波峰焊圖14-14Ω波峰系統(tǒng)示意圖4.波峰焊中的錫球1)通孔內適當厚度的金屬鍍層是關鍵要素，孔壁上的銅鍍層最小應為25μm，而且無空隙。

2)使用噴霧或發(fā)泡式涂敷釬劑。

3)波峰焊機預熱區(qū)溫度的設置應使印制電路板頂面的溫度達到至少100℃。4.波峰焊中的錫球1)通孔內適當厚度的金屬鍍層是關鍵要素，孔14.3.2再流焊1.紅外及熱風再流焊

2.氣相再流焊

3.激光再流焊

4.再流焊中的錫球14.3.2再流焊1.紅外及熱風再流焊

2.氣相再流焊

314.3.2再流焊圖14-15紅外再流焊14.3.2再流焊圖14-15紅外再流焊1.紅外及熱風再流焊紅外再流焊利用紅外線輻射加熱法，一般采用隧道加熱爐，熱源以紅外線輻射為主(見圖14-15)，對印制電路板、電子器件和焊點整體加熱，可精確控制再流焊溫度曲線，適用于流水線大批量生產，且設備成本也不高，是目前普遍應用的再流焊方法。紅外線輻射加熱的主要缺點是表面貼裝器件(SMD)因表面顏色的深淺、材料的差異及與熱源距離的遠近，所吸收的熱量也有所不同；體積大的SMD會對小型SMD造成陰影，使之受熱不足而降低焊接質量；溫度的設定難以兼顧周到。特別對于BGA封裝，由于整個焊球都被集成器件覆蓋，因此單純的紅外線加熱會造成芯部和邊角加熱不均勻。1.紅外及熱風再流焊紅外再流焊利用紅外線輻射加熱法，一般采用2.氣相再流焊圖14-16氣相再流焊2.氣相再流焊圖14-16氣相再流焊3.激光再流焊圖14-17激光再流焊3.激光再流焊圖14-17激光再流焊3.激光再流焊圖14-18三種激光加熱方式

a)光點移動法b)線狀光束法c)振鏡掃描法3.激光再流焊圖14-18三種激光加熱方式

a)光點移動法4.再流焊中的錫球圖14-19再流焊中的錫球4.再流焊中的錫球圖14-19再流焊中的錫球14.4微電子連接無鉛釬焊技術14.4.1傳統(tǒng)錫鉛釬料的問題

14.4.2無鉛釬料研究存在的問題

14.4.3常用的無鉛釬料合金系14.4微電子連接無鉛釬焊技術14.4.1傳統(tǒng)錫鉛釬料的14.4.1傳統(tǒng)錫鉛釬料的問題錫鉛釬料具有釬焊性好、熔點低、價廉等優(yōu)點，作為焊接材料使用已有幾千年的歷史，特別在近幾十年已成為現(xiàn)代電子工業(yè)的主要封裝釬焊材料。電子產品給人們的生活帶來了方便的同時，也對人類健康和地球環(huán)境造成了巨大的威脅，電子垃圾正成為全球性問題。隨著現(xiàn)代高集成度、高性能電子電路設計的發(fā)展，焊接點越來越小，而所需承載的力學、電學、熱學負荷越來越重，對其可靠性要求日益提高，傳統(tǒng)的錫鉛釬料已不能滿足這方面的要求。近年來由于燃料的大量使用，導致酸雨越來越嚴重。在這種弱酸性溶液環(huán)境下，廢棄電子產品中的鉛會析出并溶入酸雨中，導致土壤和地下水的污染。若長期飲用受污染的地下水，鉛被人體吸收會造成鉛中毒。14.4.1傳統(tǒng)錫鉛釬料的問題錫鉛釬料具有釬焊性好、熔點低14.4.2無鉛釬料研究存在的問題(1)熔點釬料合金的熔點是決定釬焊溫度的基本參數(shù)，新型無鉛釬料的熔點要接近錫鉛共晶釬料(熔點為183℃)，這樣原有設備和工藝參數(shù)就無需做出太大的變動。

(2)潤濕鋪展性能目前無鉛釬料潤濕鋪展性能遠遠不及錫鉛釬料。

(3)力學性能錫鉛釬料強度低，組織不穩(wěn)定，在室溫環(huán)境下與基體界面產生金屬間化合物并長大而導致接頭脆化，因而新研制的無鉛釬料應有較高的強韌性及組織穩(wěn)定性，可抗蠕變、抗熱疲勞及具有抗短時機械過載能力。

(4)電氣性能作為電氣連接件的釬料，應有良好的導電性和導熱性，可抑制接頭過度發(fā)熱，從而提高電器結構件的可靠性。

(5)價格對于實際的電子應用，成本是選擇釬料的另一個重要的因素，大多數(shù)無鉛釬料的成本是錫鉛釬料的2~3倍，這是導致無鉛釬料發(fā)展緩慢的重要原因之一，不斷的降低成本，減少Ag和In等稀有金屬的含量將會是發(fā)展新工藝和新釬料的關注問題。14.4.2無鉛釬料研究存在的問題(1)熔點釬料合金的熔14.4.3常用的無鉛釬料合金系(1)Sn-Zn系合金Sn-Zn系合金的熔點大致在198℃，與現(xiàn)在通用的錫鉛共晶釬料的熔點183℃最為接近，兩者的設備可以共享，焊接參數(shù)也不需要大的變動，力學性能良好。

(2)Sn-Cu系合金Sn-Cu系合金價格也比較便宜。

(3)Sn-Ag-Cu系合金Sn-Ag-Cu系是新一代代表性釬料，在許多公司的產品中已經開始使用。14.4.3常用的無鉛釬料合金系(1)Sn-Zn系合金14.4.3常用的無鉛釬料合金系圖14-20目前研究的無鉛釬料合金系14.4.3常用的無鉛釬料合金系圖14-20目前研究的無第13章微電子連接技術概述一、集成電路的封裝

二、微電子器件的連接技術應用

三、電路板組裝微連接技術

四、微電子連接無鉛釬焊技術第13章微電子連接技術概述一、集成電路的封裝

二、微電子器13.1集成電路的封裝圖14-1插裝型典型封裝13.1集成電路的封裝圖14-1插裝型典型封裝14.1集成電路的封裝圖14-2貼片型集成電路典型封裝14.1集成電路的封裝圖14-2貼片型集成電路典型封裝14.2微電子器件的連接技術應用14.2.1傳統(tǒng)連接工藝應用

14.2.2梁式引線和面鍵合技術

14.2.3自動載帶組焊技術14.2微電子器件的連接技術應用14.2.1傳統(tǒng)連接工藝14.2.1傳統(tǒng)連接工藝應用1.釬焊技術

2.熔焊技術

3.壓焊技術

4.粘接技術14.2.1傳統(tǒng)連接工藝應用1.釬焊技術

2.熔焊技術

32.熔焊技術熔焊在微電子器件制造中用得不多，但其中電子束焊、激光焊、鎢極脈沖微束氬弧焊、微束等離子焊及高頻感應熔焊都是很有發(fā)展前途的微電子器件焊接方法，主要用于外殼封裝，電子束焊和激光焊還可用于內引線焊接。共晶焊也稱低熔點合金焊，是較特殊的用于微電子焊接的熔焊技術，其中主要是Au-Si共晶焊。共晶焊應用領域與粘接技術的應用類似(見表14-4)，但連接的機械強度較高，熱阻小，可靠性高。金-硅共晶熔點在370℃左右，金-硅共晶焊是在一定的溫度(超過金-硅共晶熔點)和一定壓力下，將芯片在鍍金的底座上輕輕揉動摩擦，擦去界面上不穩(wěn)定的氧化層，使接觸面間硅與金熔化；冷卻后由液相形成以晶粒形式互相結合的機械混合物(金-硅共熔晶體)，從而使硅芯片牢固地連接到鍍金的底座上并形成良好的歐姆接觸。2.熔焊技術熔焊在微電子器件制造中用得不多，但其中電子束焊、14.2.2梁式引線和面鍵合技術1.梁式引線技術

2.面鍵合技術(倒裝芯片連接技術)14.2.2梁式引線和面鍵合技術1.梁式引線技術

2.面鍵1.梁式引線技術圖14-3梁式引線器件的結構1)芯片上無論有多少引線和焊點，均可一次焊接成形，1.梁式引線技術圖14-3梁式引線器件的結構1)芯片上無1.梁式引線技術焊接速度快，生產效率高。

2)制作連接引線時，芯片不受壓力。

3)比引線絲焊接的可靠性高。

4)空氣隔離的梁式引線，適用于高頻和微波器件。1.梁式引線技術焊接速度快，生產效率高。

2)制作連接引線2.面鍵合技術(倒裝芯片連接技術)圖14-4多層銀-錫凸點芯片結構圖2.面鍵合技術(倒裝芯片連接技術)圖14-4多層銀-錫凸點2.面鍵合技術(倒裝芯片連接技術)圖14-5倒裝芯片連接示意圖2.面鍵合技術(倒裝芯片連接技術)圖14-5倒裝芯片連接示14.2.3自動載帶組焊技術圖14-6典型的24引線設計圖形14.2.3自動載帶組焊技術圖14-6典型的24引線設計14.2.3自動載帶組焊技術圖14-8雙列直插式封裝的外引線框載帶14.2.3自動載帶組焊技術圖14-8雙列直插式封裝的外14.2.3自動載帶組焊技術圖14-9自動載帶組焊技術主要工藝流程14.2.3自動載帶組焊技術圖14-9自動載帶組焊技術主14.3電路板組裝微連接技術14.3.1波峰焊

14.3.2再流焊14.3電路板組裝微連接技術14.3.1波峰焊

14.314.3.1波峰焊1.雙向波峰焊

2.雙波峰焊

3.振動波峰焊

4.波峰焊中的錫球14.3.1波峰焊1.雙向波峰焊

2.雙波峰焊

3.振動波14.3.1波峰焊圖14-10波峰焊基本原理示意圖14.3.1波峰焊圖14-10波峰焊基本原理示意圖1.雙向波峰焊圖14-11雙向波峰形狀示意圖

a)用于水平傳送的印制電路板b)用于傾斜傳送的印制電路板1.雙向波峰焊圖14-11雙向波峰形狀示意圖

a)用于水平1.雙向波峰焊圖14-12λ波峰示意圖1.雙向波峰焊圖14-12λ波峰示意圖2.雙波峰焊圖14-13雙波峰軟釬焊示意圖2.雙波峰焊圖14-13雙波峰軟釬焊示意圖3.振動波峰焊圖14-14Ω波峰系統(tǒng)示意圖3.振動波峰焊圖14-14Ω波峰系統(tǒng)示意圖4.波峰焊中的錫球1)通孔內適當厚度的金屬鍍層是關鍵要素，孔壁上的銅鍍層最小應為25μm，而且無空隙。

2)使用噴霧或發(fā)泡式涂敷釬劑。

3)波峰焊機預熱區(qū)溫度的設置應使印制電路板頂面的溫度達到至少100℃。4.波峰焊中的錫球1)通孔內適當厚度的金屬鍍層是關鍵要素，孔14.3.2再流焊1.紅外及熱風再流焊

2.氣相再流焊

3.激光再流焊

4.再流焊中的錫球14.3.2再流焊1.紅外及熱風再流焊

2.氣相再流焊

314.3.2再流焊圖14-15紅外再流焊14.3.2再流焊圖14-15紅外再流焊1.紅外及熱風再流焊紅外再流焊利用紅外線輻射加熱法，一般采用隧道加熱爐，熱源以紅外線輻射為主(見圖14-15)，對印制電路板、電子器件和焊點整體加熱，可精確控制再流焊溫度曲線，適用于流水線大批量生產，且設備成本也不高，是目前普遍應用的再流焊方法。紅外線輻射加熱的主要缺點是表面貼裝器件(SMD)因表面顏色的深淺、材料的差異及與熱源距離的遠近，所吸收的熱量也有所不同；體積大的SMD會對小型SMD造成陰影，使之受熱不足而降低焊接質量；溫度的設定難以兼顧周到。特別對于BGA封裝，由于整個焊球都被集成器件覆蓋，因此單純的紅外線加熱會造成芯部和邊角加熱不均勻。1.紅外及熱風再流焊紅外再流焊利用紅外線輻射加熱法，一般采用2.氣相再流焊圖14-16氣相再流焊2.氣相再流焊圖14-16氣相再流焊3.激光再流焊圖14-17激光再流焊3.激光再流焊圖14-17激光再流焊3.激光再流焊圖14-18三種激光加熱方式

a)光點移動法b)線狀光束法c)振鏡掃描法3.激光再流焊圖14-18三種激光加熱方式

a)光點移動法4.再流焊中的錫球圖14-19再流焊中的錫球4.再流焊中的錫球圖14-19再流焊中的錫球14.4微電子連接無鉛釬焊技術14.4.1傳統(tǒng)錫鉛釬料的問題

14.4.2無鉛釬料研究存在的問題

14.4.3常用的無鉛釬料合金系14.4微電子連接無鉛釬焊技術14.4.1傳統(tǒng)錫鉛釬料的14.4.1傳統(tǒng)錫鉛釬料的問題錫鉛釬料具有釬焊性好、熔點低、價廉等優(yōu)點，作為焊接材料使用已有幾千年的歷史，特別在近幾十年已成為現(xiàn)代電子工業(yè)的主要封裝釬焊材料。電子產品給人們的生活帶來了方便的同時，也對人類健康和地球環(huán)境造成了巨大的威脅，電子垃圾正成為全球性問題。隨著現(xiàn)代高集成度、高性能電子電路設計的發(fā)展，焊接點越來越小，而所需承載的力學、電學、熱學負荷越來越重，對其可靠性要求日益提高，傳統(tǒng)的錫鉛釬料已不能滿足這方面的要求。近年來由于燃料的大量使用，導致酸雨越來越嚴重。在這種弱酸性溶液環(huán)境下，廢棄電子產品中的鉛會析出并溶入酸雨中，導致土壤和地下水的污染。若長期飲用受污染的地下水，鉛被人體吸收會