电子封装互连材料的分析

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1、电子封装互连材料的分析　　1电子封装概述　　电子封装是指自芯片制造完成开始，将裸芯片、金属、有机物、陶瓷等物质进行加工，制成元件、板卡、电路板等等，最终实现电子产品的组装过程。如图1就是某电子产品系统的总成结构图。　　由图1我们可以看出，通过半导体材料加工制成的具有特定功能的芯片并不具有孤立，要将其应有的功能充分的发挥出来，就必须与其他元件相配合，通过I/O进行互联才能够实现。关于电子封装的主要功能，具体介绍如下：第一，信号输入、实现输出端向外界的过渡；第二，电源输出、实现输出端向外界的过度；第三，散热功能；第四，保护器件，

2、避免外界环境对其造成的影响。　　就整个封装结构而言，电子封装可分为三级，即一级封装、二级封装以及三级封装。其中集成电路元件的封装为一级封装，其又被称为微电子封装，在电子封装领域中发展最快。二级封装指的是在印刷电路板上安装已封装完成的一系列元器件，例如IC元件、板上芯片、接插件、阻容元件等等。三级封装指的是在主机板上插入电路板卡，实现整机技术的形成。　　其中集成电路的封装在电子制造领域中有着十分重要的作用与地位，它作为中间连接的部分，除了要负荷下有元器件贴装与电路板组装的发展趋势，还需要满足上游晶圆与芯片制造技术的发展要求。目

3、前，集成电路产业在国民经济发展中发挥着十分重要的作用，其设计、制造以及封装测试三大部分支撑着集成电路产业的发展。现阶段，电子产品生产中封装所产生的成本已经占到了接近60%，在IT产业中封装产业占到了12%，IC产业中封装产业占到了49%。微电子封装与电子产品有着十分密切的联系，电子产品乃至整个系统发展的技术核心都受到其重要的影响，在目前的电子行业制造中属于非常先进的技术。目前，全球集成电路封装的发展规律大致可以概括为以下几个方面：　　第一，密度不断提高、I/O数不断增加；第二，产品表面贴装密度不断提高；第三，频率、功率不断提

4、高；第四，产品越来越微型化，成本越来越低；第五，多芯片封装正逐步取代单芯片封装；第六，三维立体封装逐渐取代两维平面封装；第七，系统封装逐渐得到广泛的应用与发展；第八，电子封装对绿色环保提出的要求更高。　　2无铅焊料与绿色封装的发展　　微电子产业的发展之处是将硅作为代表材料，各元器件之间的互联模式比较固定，元件引脚焊接一直以来都是以铅锡焊料为主。到了20世纪90年代，电子产品产业得到了快速的发展，这加速了电子产品的更新，电子产品越来越容易变成电子垃圾，进而增加了铅污染的可能性，社会各界人员也对其予以了高度重视并展开了深入的研究

5、，旨在保护人类健康与生态环境。铅及其化合物能够通过人类的呼吸道、食道以及皮肤进入人体，然后对人体蛋白质的正常合成起到抑制作用，对人体中枢神经造成损害，进而引发一系列慢性疾病，例如精神混乱、生殖功能障碍、高血压、贫血等等。特别是儿童受到铅的危害更大，对于其正常发育以及智商有着严重的影响。目前，电子工业造成铅污染的主要就是Sn-Pb合金焊料的使用，电子产品一旦被弃用，其中的铅就会通过各种介质流入到自然环境中，包括土壤、地表水中，对其造成污染，尽管这些铅的含量比较少，但是造成的影响却十分严重，尤其是溶于水的铅而形成的酸雨，更是严重

6、威胁到生态环境，再加上这些雨水会渗入到人类使用的地下水中，进而进入人体，对人类的健康造成严重的影响。此外，由于电子产品中的铅很难得到有效的回收，并且与原始铅相比，回收铅产生的α粒子放射非常高，容易导致软件出错，如果重复使用，不仅无法起到良好的效果，反而对集成电路生产有害。　　目前，使用铅的替代品是替代锡铅焊料的主要方案，例如铋、银、锌等等。目前，Sn-Ag-Cu系列材料在无铅焊料中的应用最为广泛，其最低熔点为216℃、最高熔点达到了229℃，在无铅合金中的耐高温性比较强，其力学性能也较高，具有良好的可焊性，但是这种材料也存在

7、一定的缺陷，就是回流温度高，需要印制电路板与器件具有一定的耐热性。而Sn-Zn则属于中温系的无铅合金，其熔点与Sn-Pb相近，具有好的机械性能，然而也存在焊料易被氧化的影响，其保存具有一定的难度，并且缺乏较好的浸润性，存在一些可能出现的腐蚀性问题，例如活性剂残渣、氧化等等。而低温系焊料主要有Sn-58Bi，其熔点为139℃，缺点也比较明显，例如延展性不强、具有较大的脆性以及较差的机械性能等等。现有的无铅焊料在熔点、浸润性、机械强度等方面都存在的不同程度的问题，并且相对重要且通用的无铅焊料大部分都在日本与欧美的专利保护范围内，

8、这对于中国而言是非常不利的。　　除了上述方案外，还可以利用由导电材料与有机物组成的复合材料来替代锡铅焊料，例如导电胶，这属于最常见的复合材料，相比于无铅焊料，导电胶的工艺相对简单，具有较低的工艺温度，因此在热敏元器件的粘结上比较适用；其次，导电胶不需要清洗焊剂，产生的成本低，并且能够在细间