材料连接设备及工艺 教学课件 作者 杨立军_ 第14章 微电子连接技术.ppt

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1、第14章微电子连接技术概述微电子连接技术是微电子技术广泛应用的重要保证，它主要包括两个方面的内容：一是电子元器件封装与连接，尤其是其中的大规模与超大规模集成电路的封装连接；二是电子元器件组成电路的组装，主要通过印刷电路板以焊接的方式来完成。微电子连接方法有多种，不仅包含传统的连接方法，也开发了许多新的连接工艺，焊接技术在其中仍居于十分重要的地位。14.1集成电路的封装集成电路封装形式有多种，并处于发展中，目前比较典型的是插装型封装和贴片型封装。插装型封装是较早出现的集成电路封装形式，包括双列引线封装(DIP)和面阵列封装(PGA)等，如图14-1。插装型器件分别通过波峰焊接和机械接触实

2、现器件的机械和电学连接。DIPPGA图14-1插装型典型封装PLCCQFPBGA图14-2贴片型集成电路典型封装贴片型封装改变了传统的插装形式，采用了四边引线封装为主的表面安装技术(SMT)，器件通过再流焊技术进行焊接。由于再流焊接过程中焊锡熔化时的表面张力产生自对准效应，降低了对贴片精度的要求，同时再流焊代替了波峰焊，也提高了组装良品率。比较典型的类型包括塑料有引线片式载体(PLCC)、四边引线扁平封装(QFP)和焊球阵列封装(BGA)等(如图14-2)。14.2微电子器件的连接技术应用微电子器件的连接主要包括器件芯片焊接、器件引线焊接、器件外壳封装及器件外壳的制造等，其中微电子器件

3、焊接的对象是极细的金属丝(一般10～200μm直径)和极薄的金属膜(一般厚度几个～数百μm)，并且在焊接过程中尽量避免影响器件电学特性的气氛及杂质。微电子器件中涉及的材料较多，如：常用无磁材料有无氧铜、不锈钢、蒙耐尔合金和无磁可伐合金等；磁性材料有工业纯铁、钢、可伐合金和镍等；常用耐高温材料有钨、钼、钽、铌、石墨等；封接材料有非金属的玻璃、陶瓷与金属的可伐合金、无氧铜、钽、铌、钼及钼合金等。由于微电子器件种类多，材料多，结构复杂，可采用的连接方法有钎焊、熔焊、压焊、粘接以及其他连接技术。焊接方法钎焊熔焊压焊粘接梁式引线面键合自动载带组焊应用范围引线焊接外线焊接外线焊接芯片粘接引线焊接引

4、线焊接引线焊接芯片焊接外壳封接外壳封接外壳封接芯片焊接芯片焊接芯片焊接外壳封接外壳制造外壳制造外壳制造表14-1列出用于微电子器件的各种焊接技术及其应用范围。14.2.1传统连接工艺应用1.钎焊技术钎焊是微电子器件制造中最早使用的焊接技术。早期的器件无论芯片与底座的焊接、引线的焊接、还是外壳的封装都是采用钎焊技术。现在，各种器件的芯片与底座的连接还是采用钎焊，锗合金器件的内引线及集成电路外壳封盖也有用钎焊。各种钎焊技术及应用情况，由表14-2列出。焊接方法电烙铁钎焊机械热脉冲劈刀钎焊电阻钎焊光学钎焊激光钎焊气体保护炉式焊接真空钎焊感应钎焊超声波钎焊应用范围Ge、Si合金型器件内引线焊接

5、内引线焊接内引线焊接外壳封装芯片焊接内引线焊接外壳封装内引线焊接外壳封装芯片焊接内引线焊接外壳封装芯片焊接器件内引线焊接外壳封装芯片焊接外壳封装芯片焊接内引线焊接外壳封装表14-2各种钎焊在微电子器件中的应用2.熔焊技术熔焊在微电子器件制造中用得不多。但其中电子束焊、激光焊、钨极脉冲微氩弧焊、微束等离子焊及高频熔焊都是很有发展前途的微电子器件焊接方法，主要用于外壳封装，电子束焊和激光焊还可用于内引线焊接。共晶焊也称低熔点合金焊，是较特殊的用于微电子焊接的熔焊技术，其中主要是金－硅共晶焊。3.压焊技术压焊在微电子器件制造中应用非常广泛。表14-3列出了各种压焊工艺在微电子器件中的应用情况

6、。电阻焊是目前小功率器件的金属外壳封接的基本方法，平行缝焊和平行微隙焊专门用来焊接小型外壳和细的内引线的电阻焊。冷压焊主要用于大功率晶体管的外壳封接。真空扩散焊可以用来进行非金属与金属的焊接。热压焊和超声波焊是器件内引线焊接的主要方法，是引线键合技术的基础。焊接方法电阻焊冷压焊热压焊超声波焊真空扩散焊应用范围内引线焊接外壳封装外壳封装内引线焊接内引线焊接芯片焊接陶瓷外壳与金属焊接表14-3各种压焊在微电子器件中的应用情况4.粘接技术粘接主要用来完成器件芯片与底座的连接和器件外壳的气密封装。其主要技术有低温银浆粘接、共晶焊、导电胶粘接、环氧树脂粘接。表14-4列出了各种粘接技术在微电子器

7、件中的应用情况。粘接技术低温银浆粘接共晶焊导电胶粘接环氧树脂粘接低熔点玻璃粘接应用范围芯片粘接芯片粘接外壳封装芯片粘接芯片粘接外壳封装芯片粘接外壳封装表14-4各种粘接技术在微电子器件中的应用情况14.2.2梁式引线和面键合技术为了更好提高器件内引线焊接质量、可靠性和生产效率，发展了梁式引线技术和面键合技术。1.梁式引线技术梁式引线技术是在器件芯片通过沉积多层金属制作“梁”，来代替半导体器件的内引线。这种技术改善了器件内引线焊接的可靠性，提高内