简述连接技术在电子封装中的应用

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1、简述连接技术在电子封装中的应用（南昌航空大学材料学院焊接工程系060142班01号，南昌，330063）摘要：介绍了微电子封装和组装中的微连接技术。结合微电子封装技术的发展历程，概述了微电子芯片封装中引线键合、载带自动键合、倒装芯片焊料焊凸键合、倒装芯片微型焊凸键合等焊接技术以及微电子元器件组装中波峰焊和再流焊技术的发展状况。并介绍了无铅焊料的应用情况，对不同体系的微连接用无铅钎料合金的优缺点进行比较。最后对微连接技术在微电子封装和组装以及微连接用焊料进行了展望。关键字：微连接技术；微电子封装与组装；进展；无铅钎料绪论：微电子封

2、装是将数十万乃至数百万个半导体元件（即集成电路芯片）组装成一个紧凑的封装体，由外界提供电源，并与外界进行信息交流。微电子封装包括单芯片封装（SCP）设计和制造，多芯片封装（MCM）设种封装基板设计和制造，芯片互联与组装设计和制造，芯片封装工艺，各封装总体电性能、力学性能、热性能和可靠设计、封装材料等多项内容。微电子封装目前已经历了三个发展阶段[1-2]。第一阶段为20世纪80年代以前，发展的主体技术是针脚插装（PTH）；第二阶段从20世纪80年代中期开始，表面贴装技术（SMT）成为最热门的组装技术，改变了传统的PTH插装形式，通

3、过细微的引线将集成电路芯片贴装到印刷线路板(PCB)上，大大提高了集成电路的特性，而且自动化程度也得到了很大提高；第三阶段为20世纪90年代，随着起降封装尺寸的进一步小型化，出现了许多新的封装技术和封装形式，其中最具代表性的技术有球栅阵列（BGA）、倒装芯片(FC)和多芯片组件（MCM）等，这些新技术多采用了面阵引脚，封装密度大为提高，在此基础上，还出现了芯片规模封装(CSP)和芯片直接倒装贴装技术（DCA）。本研究在微电子封装发展历程的基础上，概述芯片封装所采用的引线键合、载带自动键合和倒装芯片键合等焊接技术，以及微电子其他元

4、器件封装所采用的波峰焊和再流焊技术。通过综合比较每种焊接技术的优缺点，指出各自的发展方向。同时，也将极少微连接用焊料发展状况，展望微连接技术以及微连接用焊料的发展前景。1、微电子封装和组装中微连接的特点微电子工业中的封装和组装技术包括芯片的封装和其他微电子元器件的组装。在集成电路中少则有几十个焊点、多则有上千个焊点，甚至上万个焊点。这些焊点具有电气连接作用和机械固定作用，但有时一个焊点失效就有可能导致整个元器件或者整机停止工作，其影响效果非常显著。据文献[4]报导，在电子器件或电子整机的所有故障原因中，约70%以上为焊点失效锁造

5、成。因此，锁着集成电路的大规模发展，对焊点的可靠性的提出更高要求，为电子产品焊接技术也引起了人们的极大重视，目前已开展系统的研究。人们习惯地将从事微电子生产工艺的科技工作称之为微电子焊接，而在焊接领域被称为微连接。图1是一个集成电路中可能的互连焊点的示意图[3]。在微电子工业生产中，由于微电子器件连接尺寸非常微小，已达微米级甚至纳米级。与常规焊接方法相比，微电子连接的特点如下[4]：(1)连接材料的尺寸变得极其微小，在常规焊接中被护理或不起作用的一些影响因素此时却成为决定连接质量和可焊性的关键因素。如溶解、扩散、表面张力、应变量

6、等。(2)微电子材料在形态上一般为薄膜、厚膜、箔等，且多为附着在基板材料上的金属符合层。由于微电子材料结构、性能的特殊性，需要采用特殊的连接方法，且不能对器件的功能产生任何影响。(3)由于连接接头的界面在服役过程中所受到的力、热等作用会随时间而发生变化，将影响连接的力学、电气性能及可靠性。因此要求连接精度很高，键合时间很短，对加热、加压等能量的控制要求非常精确。2微电子封装和组装中的微连接技术2.1芯片焊接技术在微电子封装第三阶段，出现了许多新的封装技术和封装形式，其中最具代表性的技术有球删阵列(BGA)、倒装芯片(FC)和多芯

7、片组件(MCM)等，这些新技术多采用面阵引脚，封装密度大为提高，在此基础上，还出现了芯片规模封装(CSP)和芯片直接倒装贴装技术(DCA)。这些新型封装都可以通过引线键合、载带自动键合和倒装芯片键合等焊接技术来实现高密度、高可靠性封装[5]。引线键合、载带自动键合、倒装芯片键合技术比较如表1所示。2.1.1引线键合技术引线键合技术(WB)技术又称线焊，即将裸芯片电极焊区与电子封装外壳的输入/输出引线或基板上的金属布线焊区用金属细丝连接起来。通过加热、加压、超声波等能量方式去除表面氧化膜，借助于球—劈(Ball—Wedge)或楔—

8、楔(Wedge—Wedge)等键合工具实现连接。按外加能量形式的不同可分为热压键合、超声波键合、热超声波键合。根据键合工具的不同，又可分为球键合和楔键合。热压键合和热超声波键合都是先用高压电火花是金属端部形成球形，然后在IC芯片上球焊，在在管壳基板上楔焊，故有称