低α粒子錫膏是如何降低微電子封裝軟錯誤率的

深圳市福英達工業(yè)技術(shù)有限公司/一站式錫膏解決方案供應(yīng)商低α粒子錫膏是如何降低微電子封裝軟錯誤率的？軟錯誤是指由輻射對硅集成電路（SiICs）的影響導致的設(shè)備的暫時性故障。軟錯誤會影響設(shè)備的性能和可靠性，尤其是在空間、防御、醫(yī)療和電力系統(tǒng)等高輻射環(huán)境中。隨著電子設(shè)備的不斷微型化和高密度化，軟錯誤的敏感性也隨之增加，因為現(xiàn)在低能量的α粒子也能翻轉(zhuǎn)一個存儲器位或改變邏輯電路的時序。其中，一種主要的α粒子輻射源是用于封裝中連接元件的錫膏，它們含有α放射性元素。由于使用了倒裝焊接（flip-chip）和發(fā)展向3D封裝，錫膏凸點（solderbumps）已經(jīng)移動得非常接近活動的硅器件，即使是低能量的α射線也能引起軟錯誤。因此，需要開發(fā)低α活性無鉛錫膏（LowAlphaactivityPb-freesolders），以減少軟錯誤的發(fā)生。焊料的α粒子來源含鉛焊料被認為是α粒子的主要來源，這一點由北卡羅萊納州微電子中心（MCNC）進行的一項研究證實，該研究監(jiān)測了晶圓凸點過程中的每一步的α輻射。鉛的放射性可以追溯到238U。從238U開始，它衰變?yōu)?10Pb，在22年內(nèi)進一步衰變?yōu)锽i，然后衰變?yōu)镻o，再在138天內(nèi)衰變?yōu)?06Pb。除了α粒子外，衰變過程還涉及β粒子（電子）排放。β粒子對軟誤差沒有影響。天然鉛源中的鈾含量相差三個數(shù)量級之多。在熔煉和化學提純過程中，雖然可能會去除其他元素，但由于兩種鉛同位素的化學性質(zhì)相同，放射性210Pb會與非放射性206Pb集中在一起。在熔煉和提純后的8至9個月內(nèi)，鉛的α活度可高達100α/（cm2"h）。α粒子的產(chǎn)生過程：芯片制造商通常把α粒子的來源分為內(nèi)在源和外在源。a)內(nèi)在源是指存在于加工過的硅本身的源，但通常不太重要。它們是由加工相關(guān)因素造成的，如磷酸蝕刻留下的殘留物。磷酸通常用于晶圓制造過程中硅氮化物絕緣薄膜的圖案化；它的純度通常相對較低，含有低水平的放射性同位素。其他內(nèi)在源包括薄膜氧化物和氮化物中的痕量雜質(zhì)、植入操作過程中添加到硅中的無關(guān)雜質(zhì)以及硅晶片本身的雜質(zhì)。b)外在源：外在源通常與硅芯片不同，但在集成電路封裝內(nèi)。大多數(shù)α粒子源都屬于這一類。表1列出了微電子封裝中最常見的α粒子源。表2列出了其中一些α粒子發(fā)射源的單個貢獻估計值。目前認為，幾乎所有用于集成電路封裝的材料都會導致軟誤差失效。由于尺寸縮小，距離拉近，器件對SER的敏感度不斷提高，因此有必要對進廠材料和制造工藝制定例行監(jiān)控程序。表1.微電子封裝中最常見的α粒子源SourcesSoldersAluminasubstratesBEOLmetallizationsFillersinplastics,encapsulants,underfills,moldcompoundsandsoldermasksFluxLeadframealloysMaterials(Au,Cu,Agetc)usedforwirebondingandlidplatingParticulatesfromPBGAtrimming/handlingoperations表2.微電子封裝中使用的一些常見材料的α輻射活度MaterialAlpharadiationflux(a/khrcm2)Processedwafers0.9Cumetal(thick)1.9Almetal(thick)1.4Moldcompound24to2Underfill2to9Pbsolders7200to<2LCIIPb50:3LCIPb1000to130Sn>1000to<1AlSiC215LC6Al8低α粒子錫膏的開發(fā)和應(yīng)用為了降低錫膏中的α粒子活度，有兩種主要的方法：一是使用無鉛焊料，二是使用低α活性鉛焊料。無鉛焊料是指不含鉛或含鉛量極低的焊料，它們通常由錫、銀、銅等元素組成。無鉛焊料的優(yōu)點是可以避免鉛對環(huán)境和人體的危害，同時也可以消除錫膏中的α粒子來源。低α活性鉛焊料是指經(jīng)過特殊處理，去除了放射性210Pb的鉛焊料。這種處理方法通常包括兩個步驟：一是使用高純度的原材料，二是使用真空或惰性氣體環(huán)境進行熔煉和提純。這樣可以有效地降低錫膏中的α粒子活度，達到0.01α/（cm2"h）以下。低α活性鉛焊料的優(yōu)點是可以保持鉛焊料的優(yōu)良性能，如低熔點、低氧化性、低蠕變性、低金屬間化合物形成率等，同時也可以減少軟錯誤的發(fā)生。目前，低α活性無鉛錫膏已經(jīng)在一些高端微電子封裝領(lǐng)域得到了應(yīng)用，如空間、防御、醫(yī)療和電力系統(tǒng)等。這些領(lǐng)域?qū)υO(shè)備的可靠性要求非常高，不能容忍任何軟錯誤的發(fā)生。因此，使用低α活性無鉛錫膏可以有效地提高設(shè)備的抗輻射能力和安全性。福英達低α粒子焊料低α焊料系列，是福英達公司為SiP系統(tǒng)級封裝、FlipChip芯片倒裝等高密度、微型化封裝開發(fā)的具有低α粒子計數(shù)的高鉛焊料。應(yīng)用于移動通信（智能手機、平板電腦、穿戴設(shè)備）、物聯(lián)網(wǎng)（Wi-Fi,BLTE,UWB,LTE-M&NB-IoT、消費、工業(yè)）、汽車（信息娛樂系統(tǒng)）、高性能運算（運算、網(wǎng)絡(luò)、人工智能）等領(lǐng)域。福英達低α產(chǎn)品包含lowalpha(<0.01cph/cm2)和ultralowalph