基于无铅化微电子互连技术的

【摘 要】：传统的高铅材料在微电子的封装领域应用比较广泛,这些材料能够适应比较严酷的环境饿使微电子元件实现稳定可靠的连接,是一些大型的网络设备、航空航天等关键电子设备的封装材料.随着电子封装技术的快速发展,全面禁止含铅材料的应用将会是未来微电子未来发展的必然.因此加强对无铅材料和互联技术的研究对于微电子的发展具有重要的意义.

【关 键 词】：无铅化；微电子；互联技术

【分类号】：TN405.97

在电子元件的互联技术中常常需要应用到焊接材料,在传统的生产中常常采用含有高铅的材料,但是随着电子产品的环保发展的要求,无铅焊接材料得到了人们的重视.铅对人类的健康和环境具有比较严重的破坏作用,因此在电子产品严格的禁止和限制铅的使用得到了研究人员和消费者的重视,国外有效比较有名的电子公司已经提出了关于无铅元件封装的标准.

一、无铅互联技术的工艺的要求分析

为了适应微电子无铅化互联技术的要求,对无铅材料提出了具体的技术要求.无铅化材料的融化温度应当和传统的高铅材料范围基本相近,这样才能保证使用的要求.某些研究人员发现为了能够实现二次回流焊的要求,无铅材料的固相线应当高于260℃,业相线应当低于400℃,其熔化温度范围应当尽可能的小[1].在无铅互联技术的实际的应用中,其工作的温度不能够超过400℃,防止对微电子聚合物材料的电路板和芯片产生危害.高分子聚合物电路板在400℃以上的高温时容易发生玻璃态的变化,而且还容易在冷却的过程中产生内应力,影响元件的可靠性.

无铅互联技术的接头温度相对比较高,在操作的生活容易发生蠕变和高温疲劳效应而发生失效.在微电子芯片的一级封装是,接头不仅要满足一定的强度要求,同时还具有比较高的物理性能,例如比较高的抗热疲劳、抗蠕变以及比较低的剪切模量,以保证高温无铅材料在操作的过程中能够和元件做组成的系统在比较高的温度下具有良好的稳定性.无铅材料在应用过程中应当具有比较好的工艺性能,例如液态材料具有焊点成形比较好、流动性好,能够和常用的铜等基板之间保持良好的润湿[2].同时还具有和基板材料接近的热膨胀系数,在研究中发现微电子元件和基本材料之间往往由于热膨胀系数的不同,导致在操作的过程中由于热胀冷缩而产生热应力,影响了微电子元件的功能.

无铅材料应当具有良好的导热、导电性能,一般的无铅材料所承受的电流和温度比较高.同时还具有比较好的延展性等物理性能,能够被加工成粉末、焊带、焊丝等多种形态来满足自动焊接的要求.无铅材料还应当进一步的提高其无毒性,对环境具有友好特点.而且在操作工艺上比较简单,容易实现自动化操作.

二、无铅化微电子的互联技术研究

随着微电子产业的快速发展,已经成为了我国的国民经济发展中的重要产业.微电子封装技术逐渐成为了其发展中的关键技术,互联技术作为电子封装技术中的重要内容,在芯片的装接过程中都需要应用到互联技术.随着电子产品逐渐的向微小化、低能耗化、轻薄化的方向发展,对于封装技术也提出了更高的要求.这些要动了微电子互联技术的发展,使互联技术的等级得到了快速的发展,由原来的四级发展到了六级互联.在一些比较复杂的电子系统中常常要用到六级互联的方式,实现各个连接器的连接[3].互联技术将会上元件的连接方式发生巨大的变化,在进行封装设计的过程中要考虑到多种技术的影响,例如连续互联技术、连接器技术、光电子互联等,实现封装的可靠性和稳定性.

引线键合互联方法是元件和载体之间常见的连接方法,在焊接方式使常常采用超声键合焊、金丝球焊和热压焊等方式,在热压焊的过程中,由于受热而使芯片形成特殊的氧化物,焊丝和焊区也形成氧化层,影响了焊接的可靠性,所以这种焊接方法逐渐的遭到了淘汰.超声键合的焊接方法能够有效的去除焊接表面上的氧化膜,而且不需要加热,对芯片的影响比较小,因此焊接的质量比较高[4].热声键合能够在比较低的温度下工作,具有不容易氧化、而且对接触面要求不高等优点,在集成电路中得到了广泛的应用.

倒装芯片技术是明确微电子封装中的主流技术,主要是将芯片倒置之后直接安装在基片上,无铅焊接材料是芯片和基片上的焊区.倒装芯片互联技术能够把芯片的任何部位作为焊区,所以对芯片的利用率比较高.同时也去掉了键合封装的操作,有效的提高了组装的密度.在倒装芯片技术中对于焊区的选择非常的重要,一些研究人员通过利用超声波倒装芯片键合机利用图像设别等技术对芯片的焊接位置进行实时的监测,实现了对焊接区的精确控制,使芯片和基板能够达到高精度的键合定位.

载带自动焊接技术是一种在芯片引脚框架上的互联技术,它需要在高聚物上提前做好元件的引脚导体图样,然后将有的晶片按照其键合的要求放在什么,通过热电极的作用实现所有引线的键合,最终达到芯片和基板互联的效果[5].载带自动焊接技术在实际的应用过程中具有成本比较低、引线短,而且基板上的断面形状比较低,具有良好的电气性能,因此得到了比较广泛的应用.载带自动焊接技术是一种发展比较成熟的互联技术,其生产效率比较高,而且自动化的程度也比较高.

三、结束语

微电子封装技术经过了多个发展阶段,互联技术作为其中重要的一种技术得到了广泛的应用.随着微电子集成度的不断提高,微电子元件越来越小,安装的密度也越来越大,对互联技术提出了更高的要求.同时随着微电子技术的发展和人们的环保意识的提高,无铅钎焊材料将成为互联技术中的主流材料,因此应当加强对无铅化互联技术的进一步研究,提高互联技术的应用效率.

【参考文献】：

[1]张绍东,傅仁利,曾俊等.无铅化微电子互连技术与导电胶[J].中国胶粘剂,2009,18（7）：34-40.

[2]马良,尹立孟,冼健威等.高温电子封装无铅化的研究进展[J].焊接技术,2009,38（05）：6-10.

[3]胡志勇.无铅化组装对印制板组件互连可靠性的影响[J].印制电路信息,2009,（9）：67-70.

[4]徐鸿博.电磁感应加热尺寸效应及其BGA封装互连新方法特征研究[D].哈尔滨工业大学,2009.

[5]关晓丹,梁万雷.微电子封装技术及发展趋势综述[J].北华航天工业学院学报,2013,23（1）：34-37.