简述连接技术在电子封装中的应用(2)

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1、简述连接技术在电子封装中的应用学号：学院：航空制造工程学院所在系：焊接技术与工程学生姓名：任课教师：邢丽2009年12月简述连接技术在电子封装中的应用0序言连接是电子设备制造中的关键工艺技术。连接起到电气互连和机械固定连接的作用，连接又是决定电子产品质量的关键一环。在一个大规模集成电路中可能有上万个焊点，这些焊点虽然只起到简单的电气连接作用和机械固定作用，但其影响却非常重要。而另一方面，焊接又是电子生产工艺中研究最为薄弱之处。因此，随着电子工业的大规模发展和对电子产品可靠性的更高要求，人们已经在开展系统的微连接技术的研究。本文研究在微电子封装发展历程的基础上，概述芯片封装所采

2、用的引线键合、载带自动健合和倒装芯片键合等焊接技术，以及微电子其他元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，也将介绍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

3、焊点失效所造成。因此，随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，微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：（1）连接材料的尺寸变得极其微小，在常规焊接中被忽略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复合层。由于微

4、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)倒装贴装技术(DCA)。这些新型封装

5、都可以通过引线键合、载带自动健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。2.1.1引线键合技术引线键合技术又称线焊，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-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。热压键合和热超声键合都是先用高压电火花使金属丝端部形成球形，然后在IC芯片上球焊，再在管壳基板上楔焊，故又称球楔键合。两

6、种方法的区别在于热压键合采用加热加压，而热超声键合采用加热加压加超声。热超声键合通过加超声可降低热压温度，提高键合强度，提高了器件的成品率，将逐步取代了热压键合。球楔键合在芯片封装中是应用最广泛的一种键合方法。其原理是：对金属丝和压焊点同时加热加超声，接触面便产生塑性变形，并破坏了界面的氧化膜，使其活性化，通过接触面两金属之间的相互扩散而实现连接。球楔键合要求产生的金属丝端球圆正。目前能满足此条件的材料为金丝和铜丝。金丝具有电导率大、耐腐蚀等优点，适用于高速键合和封装工艺。其不足是在高温条件下，金丝与芯片铝电极之间容易产生金属间化合物AuAl和AuAl终导致器件失效。铜丝产生

7、的球形圆正度好，价格低，目前已进入应用领域，预计可成为理想的键合材料。超声键合利用超声波的能量，使金属丝与铝电极在常温下直接键合。由于键合工具头呈楔形，故又称楔压焊。其原理是：当劈刀加超声功率时，劈刀产生机械运动，在负载的作用下，超声能量被金属丝吸收，使金属丝发生流变，并破坏工件表面氧化层，暴露出洁净的表面，在压力作用下很容易相互粘合而完成冷焊。楔压焊常用的材料是掺硅铝丝。在高密度封装中，焊盘的中心间距缩小，当中心间距小于120时，球焊难以实现，需要采用超声波楔焊。目前金丝、焊盘中心间距的超声波楔焊机已