焊接——微连接技术 .pdfVIP

微连接技术 一、微连接技术中的压焊方法 在微连接技术中，压焊方法主要用于微电子器件中固态电路内部互连接线的连 接，即芯片(表面电极，金属化层材料主要为Al)与引线框架之间的连接。按照内 引线形式，可分为丝材键合、梁式引线技术、倒装芯片法和载带自动键合技术。 1．丝材健合（wire-bonding ） 这种方法把普通的焊接能源 （热压、超声或两者结合）与健合的特殊工具及工艺 （球-劈刀法、楔-楔法）相结合，形成了不同的健合方法，从而实现了直径为10～ 200μm 的金属丝与芯片电极－金属膜之间的连接。 （1）丝材热压键合 这是最早用于内引线键合的方法。热压键合是通过压力与加 热，使接头区产生典型的塑性变形。热量与压力通过毛细管形或楔形加热工具直 接或间接地以静载或脉冲方式施加到键合区。该方法要求键合金属表面和键合环 境的洁净度十分高。而且只有金丝才能保证键合可靠性，但对于Au-Al 内引线键 合系统，在焊点处又极易形成导致焊点机械强度减弱的“紫斑”缺陷。 （2 ）丝材超声波键合 超声波键合是在材料的键合面上同时施加超声波和压力， 超声波振动平行于键合面，压力垂直于键合面。该方法一般采用Al 或Al 合金丝， 既可避免Au 丝热压焊的“紫班”缺陷和解决Al-Al 系统的焊接困难，又降低了生 产成本。缺点是尾丝不好处理，不利于提高器件的集成度，而且实现自动化的难 度较大，生产效率也比较低。 （3 ）丝球焊 丝材通过空心劈刀的毛细管穿出，然后经过电弧放电使伸出部分熔 化，并在表面张力作用下成球形，然后通过劈刀将球压焊到芯片的电极上。该方 法一般采用Au 丝。近年来，国际上一直寻求采用Al 丝或Cu 丝替代Al 丝球焊， 到80 年代，国外Cu 丝球焊已在生产中应用。国内研制的Cu 丝球焊装置，采用 受控脉冲放电式双电源形球系统，并用微机控制形球高压脉冲的数、频率、频宽 比以及低压维孤时间，从而实现了对形球能量的精确控制和调节，在氩气保护条 件下确保了Cu 丝形球质量。 2 ．梁引线技术（beam-lead ） 采用复式沉积方式在半导体硅片上制备出由多层金属组成的梁，以这种梁来代替 常规内引线与外电路实现连接。这种方法主要在军事、宇航等要求长寿命和高可 靠性的系统中得到应用。其优点在于提高内引线焊接效率和实现高可靠性连接， 缺点是梁的制造工艺复杂，散热性能较差，且出现焊点不良时不能修补。 3. 倒装芯片法（flip-chip ）和载带自动键合技术（TAB ） 第 1 页 共 5 页 随着大规模和超大规模集成电路的发展，微电子器件内引线的数目也随之增加。 丝球焊作为一种点焊技术，不论是焊接质量、还是焊接效率都不能适应大规模生 产的要求，群焊技术便应运而生。 倒装芯片法在 60 年代由 IBM 公司开发，主要用于厚膜电路。这种方法在硅片上 电极处预制钎料凸点，同时将钎料膏印刷到基板一侧的引线电极上，然后将硅片 倒置，使硅片上的钎料凸点与之对位，经加热后使双方的针料熔为一体，从而实 现连接。这种方法适用于微电子器件小型化、高功能的要求，但钎料凸点制作复 杂，焊后外观检查困难，并且需要焊前处理和严格控制钎焊规范，所以应用有限。 载带自动健合技术是在类似于 135 胶片的柔性载带粘结金属薄片，在金属薄片上 经腐蚀作出引线框图形，而后与芯片上的凸点进行连接。目前的 TAB 中，广泛 采用的是电镀 Au 的 Cu 引线框和芯片上的 Au 凸点，进行热压焊接。其优点是 生产效率高，缺点是工艺也很复杂，成本较高，且芯片的通用性差。 二、微连接技术中的软钎焊方法 在微连接技术中，软钎焊主要用于微电子器件外引线的连接。外引线连接是指微 电子器件信号引出端（外引线）与印刷电路板 （PCB ）上相应焊盘之间的连接。 自1962 年 日本推出陶瓷基板球栅阵列（CBGA ），1966 年美国 RCA 公司推出片 式电阻、电容，1971 年 Phlips 公司正式提出表面组装 （SMT ）概念，到 1991 年 Motorola 公司推出树脂基板球栅阵列（PBGA ），使BGA 技术走向实用化，微电 子器件的外引线连接技术完成了由通孔插装技术 （THT ）到 SMT 的历史性飞跃， 极大地推动了微电子技术的发展。 1．软针焊工艺 目前微电子工业生产中常见部 PCB 为插贴混装方式，常用的软钎焊工艺为波峰焊 和再流焊。 （1）波峰焊 波峰焊是借助钎料泵把熔融态钎料不断垂直向上地朝狭长出口涌 出，形成 20～40mm