封装装配技术所用材料的无铅化分析重点

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1、封装装配技术所用材料的无铅化(天水华天科技股份有限公司,甘肃天水741000)摘要:本文摘要叙述了无铅化立法确定的最后期限、凸点成形工艺、晶圆片凸点成行电镀技术、凸点下金属化及可靠性问题和无铅化材料的发展方向。从而说明,通过漏印板印数和电镀和晶圆片凸点形成技术事例,证明可靠的无铅化技术是合适的。关键词:无铅,凸点成形,涂点下金属化,电镀,可靠性,晶圆片1引言二十世纪九十年代后期,日本首先提出消除电子产品中的铅。如今,欧盟通过严格的立法对这一主张进行了响应。铅的毒性影响是众所周知的,电子产品中的铅的确可能对人类和环境构

2、成威胁,例如在填筑坑中,废弃电子元件中铅的渗漏,同时也关系到铅矿的开采与加工;再者,在各累含铅类元器件的回收再利用阶段,有毒物的辐射也是个问题。然而,虽然正在研讨的大多数无铅替代物不会构成与毒性有关的威胁,但是会造成别的不良影响。例如,升高的熔点意味着消耗更多的能量;另一方面,在某些状况下,先进的设备和新的回流焊曲线也许在较高的熔点温度情况下,产生较少的功效。此外,还存在含银锡铅替代品的生态缺陷以及开采并叫公函贵金属矿物所需求消耗的巨大能量等问题。2立法确定的最后期限经过多年的商讨和发布六个提案之后,25个欧盟国家驻

3、进正在履行电子产品中前禁令的立法。规定截至2006年7月1日,欧洲市场上盛产的几乎所有电子产品必须是无铅的,包括信息及通信设施、消费类电子产品、家用电器、各类工具(如果不是固定的)、照明期间和别的电子产品。用于服务器、存储器及存储器阵列系统和专用网络基础设施设备的焊料中的铅,不包括在此立法规则之中,最后期限到2010年止。另外,铅含量高于85%的焊料除外。根据欧盟委员会的禁令,进行了一项关于评定更进一步的免除状况(包括在当今高性能PC处理器中使用的封装中得到装芯片的互连)等的研究。欧盟的铅禁令在很多方面,如根据实际需

4、求确定禁令指向范围等,还有待完善。欧盟的无铅化立法将会影响全球的电子行业。此项立法成为别的国家相同立法的一个原型。例如,中国出台了《电子信息常品污染防治管理办法》,无铅化的最后期限也是2006年7月1日。如今,在通往无铅化的征途上,要求在开展到装芯片和晶圆片级封装技术、SMT及波峰焊接技术方面进行广泛的材料研究和工艺鉴定。人们一直在不断地调研用于板上到装芯片和芯片规模封装技术的合适的各种材料和工艺。3凸点成形漏印板印刷技术凸点成形工艺过程要求实施覆盖新的焊料材料的凸点下金属化过程。接着,在温度为高于焊料熔点温度大约2

5、0℃的状况下,通过回流焊完成印刷技术工艺过程,再进行清洗和最后的凸点检查。凸点下金属化(UBM)过程需要与新的焊料材料相符,并通过化学镀镍工艺来完成。按照次序在化学电镀槽中处理晶圆片,接着,用锌酸盐进行焊盘清洗,以便激活表面、镍镀层(5μm)和浸液金层。化学镀镍凸点下金属化(UBM)过程是当今在世界范围被使用的构成良好的、高效率的过程。焊料印刷技术需要细间距的漏印板、适合于细间距的应用和最佳化印刷参数的焊膏。由焊膏供应商提供的几种适合的无铅化焊料包括SnAg3.5、SnAgBiXX和SnCn0.9。用于低共晶锡铅焊料

6、替代品的主要选择物之一为Sn955Ag4Cu0.5,在过程效率可与锡铅焊料相比的情况下,进行了成功的试验。刮板速度、漏印板擦拭要求和检查决定了产量。获得的典型的漏印板厚度为80μm,凸点高度大约为110μm。熔化温度方面的差异,就SnAgCu0.5而言,从183℃增加到了217℃,在回流炉的热曲线中反映为从大约205℃增加到235℃。典型状况下,为了确保最小的再氧化状况,回流焊气氛为氮气。此外,为了确保高水平的过程控制,须采用自动化光学检查系统对凸点化的晶圆片进行检查。确保高的凸点质量,使检查次数最小化,而不是100

7、%的检查。最近的研究表明,形成凸点的专用试验装置也许可满足此要求。由于SnAgCu凸点的光学检查会受表面光洁度的影响(与以前使用的SnPb焊料有光泽的表面相比较),因此这一步骤更关键,需要高度重视。尽管到目前为止对一些问题进行了鉴定,然而成本计算已显示出用SnAgCu0.5焊料代替用于FCOB应用的SnPb焊料,也许会使凸点形成技术工艺的花费低于应用于高端生产的晶圆片50美元。虽然技术方面的各种说明截止目前集中于倒装片凸点形成技术,但是随着细间距芯片规模封装(间距大于0.5mm)的到来,采用漏印板印刷技术的焊料淀积法

8、将会成为固态球形位置的合适的替代者。4可靠性问题汽车电子领域高熔化焊料的需求也推动了电子行业向焊料体系替代品的发展。这些新的焊料体系的可靠性问题成为需考虑的主要问题。由于SnAgCu焊料与SnPb37焊料相比,场应力略高且疲劳延展性略低,故认为SnAgCu焊料和SnPb焊料合金的疲劳寿命和失效机理几乎是相同的。实际上,在疲劳寿命方面起着主导作用

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