无铅化挑战组装和封装材料

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1、天马行空官方博客：http://t.qq.com/tmxk_docin；QQ:1318241189；QQ群：175569632无铅化挑战组装和封装材料用镂板印刷或电镀制作的晶圆凸点，显示了无铅在倒装芯片和芯片级封装和组装领域的可行性。　　无铅是90年代末期发自日本的信息，而今已经被欧洲联盟以严格的法律加以响应。铅的毒性已经广为人知，人们虽然仍在争论电子元件中的铅是否真的对人类和环境造成威胁，但人们已经更为关注废弃的电子器件垃圾中铅的渗透并产生的污染。另外，含铅器件的再利用过程中有毒物质的扩散也是一个关注的热点。

2、大多数可行的替换方案并不是类似于铅毒性的威胁，而是对环境的其它负面影响，例如，高熔点意味的高能耗。当然，使用先进的设备和新的回流焊温度设置在某种程度上也许有可能得到高熔点低能耗的效果。另外，如果用含银的材料来替代铅锡焊料，会产生另一个负面的对生态环境的影响，那就是需要大量开采和加工贵重的金属矿石。　　立法规定最后期限　　历经了数年的磋商和议论之后，现在有25个欧洲联盟成员国，已经在执行禁止在电子器件中使用铅的法律。2006年7月1月开始，所有用于欧洲市场的电子产品必须是无铅的，包括信息和通讯技术设备、消费类电子

3、、家用电器等等。　　该项法律也规定了多项例外。用于服务器、存储器、以及特种网络设施的焊料，到2010前仍然可以含铅。另外，含铅量超过85％的焊料也不在此项规定之列。欧洲委员会还在启动一项针对更多免责的评估，比如用于高端PC处理器的倒装芯片封装的互连中的含铅焊料。大多数这种互连是将高度含铅的C4焊球。欧盟关于铅等危险物的限制原则是尽量替换铅，只有在“技术上无法替换”时才可以使用铅。指令的适用范围有时定义得也不太明确。例如，消费电子不可以用铅，而汽车电子可以，那么，汽车内的收音机怎么办？目前允许汽车收音机含铅，但是

4、还有些类似情况仍然有待进一步裁决。　　欧联的无铅法律将影响全球的电子产业，一来是由于供应链的全球化，再者也是由于在其它国家已经开始有类似的法律。例如，中国已经提出了禁止同样物质的类似法律，而且最后期限也设定为2006年7月1日。　　为了实现无铅化，人们需要对倒装芯片封装、晶圆级封装、SMT和波峰焊进行广泛的材料研究和工艺评价。我们已经着手为板上倒装芯片和芯片级封装技术研究合适的材料和工艺。 　　镂板印刷制作凸点　　在凸点制备工艺（图1）中，需要给凸点底层金属（UBM）覆盖上新的焊材。印刷工艺之后，要在高于焊料熔

5、点20℃的温度下进行回流，然后再进行清洗和凸点检查。　　UBM必须与新的焊料相匹配，采用化学镀镍工艺。晶圆加工是在一序列的化学池中进行的，在焊点清洗之后，紧接着进行的工艺包括：锌酸盐处理，表面活性化处理，镍（5mm）的淀积，金层的生长。该项工艺为FraunhoferIZM与柏林技术大学合作开发。采用化学镀镍工艺的UBM稳定性好，良率高，已被广泛使用。　　焊膏印刷需要使用小间距模板、能适应微细间距要求的焊膏，以及优化的印刷参数。焊膏供应商已经生产了几种无铅焊膏，包括SnAg3.5、SnAgBixx和SnCu0.9

6、。Sn95.5Ag4Cu0.5是共晶铅焊料的替代品，工艺良率成功通过了与SnPb的对比测试。滚刷速度、模板剥离和检查条件将决定产量。使用厚度为80mm的模板，能实现~110mm的凸点高度。　　使用SnAgCu0.5焊膏时，熔点温度由183上升到217℃，相应的回焊炉的温度设置也需从~205上升到235℃，典型的回流焊环境是使用氮气，它可以将氧化降到最小程度。　　同时，为了确保良好的工艺控制，必须对凸点制备中的晶圆实施自动检测。最新的研究显示对凸点实施非100％的测试也能满足对凸点质量进行控制的要求，这样还能减少

7、检测时间。SnAgCu凸点的光学检测由于其粗糙表面（与以前的SnPb焊膏的光亮表面相比）的影响实，施起来不太容易，所以，这一步显得更加关键，需要更加小心。　　抛开某些特例，成本核算表明，在FCOB的大批量生产中，用SnAgCu00.5替代SnPb的话，凸点制备工艺的成本可以达到低于每晶圆50美金。　　迄今为止，倒装芯片凸点技术仍然是技术的亮点。小间距芯片级封装（>0.5mm间距）的出现，使得使用镂板印刷方法，可能替代固体植球方法。　　可靠性问题　　世界正在迈向无铅电子时代，汽车电子也对高熔点焊料提出了需求，这一

8、切推动了产业对于新的焊料系统的选择。对于新焊料系统，关键之一就是可靠性。SnAgCu与SnPb37相比，二者的疲劳寿命和失效机制基本相同，实际应用中，受热历程和焊点形状决定疲劳寿命。研究等证明对于无电镀镍UBM，SnPb37和Sn95.5Ag3.8Cu0.7焊膏具有极佳的剪切性能。而且，底部填充料——PCB薄板上的倒装芯片都需要它来保证可靠性——能减少焊点的大部分应力，因而也就延长了它