焊接——微连接技术.doc

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1、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。

2、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

3、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

4、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）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，

5、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A

6、u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

7、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高的波峰。这样可使钎料以一定的速度和压力作用于PCB上，充分渗入到待焊接的器件引线与电路板之间，使之完全润湿并进行焊接。由于钎料波峰的柔性，即使PCB不够平整，只要翘曲度在3％以下，仍可得到良好的焊接质量。在THT工艺中、主经采用单波峰焊

8、。此时其缺点是钎料波峰垂直向上的力，会给一些较轻的器件带来冲击，造成浮动或虚焊。而在SMT工艺中，由于表面组装元件（SMD没有通孔插装元件（THD）那样的安装插孔，钎剂受热后挥发出的气体无处散逸，另外SMD具有一定的高度与宽度，且组装密度较大（一般5～8件/cm2），钎料的表面张力作用将形