微电子连接技术概述课件

第13章微电子连接技术概述一、集成电路的封装

二、微电子器件的连接技术应用

三、电路板组装微连接技术

四、微电子连接无铅钎焊技术第13章微电子连接技术概述一、集成电路的封装

二、微电子器13.1集成电路的封装图14-1插装型典型封装13.1集成电路的封装图14-1插装型典型封装14.1集成电路的封装图14-2贴片型集成电路典型封装14.1集成电路的封装图14-2贴片型集成电路典型封装14.2微电子器件的连接技术应用14.2.1传统连接工艺应用

14.2.2梁式引线和面键合技术

14.2.3自动载带组焊技术14.2微电子器件的连接技术应用14.2.1传统连接工艺14.2.1传统连接工艺应用1.钎焊技术

2.熔焊技术

3.压焊技术

4.粘接技术14.2.1传统连接工艺应用1.钎焊技术

2.熔焊技术

32.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、钨极脉冲微束氩弧焊、微束等离子焊及高频感应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Au-Si共晶焊。共晶焊应用领域与粘接技术的应用类似(见表14-4)，但连接的机械强度较高，热阻小，可靠性高。金-硅共晶熔点在370℃左右，金-硅共晶焊是在一定的温度(超过金-硅共晶熔点)和一定压力下，将芯片在镀金的底座上轻轻揉动摩擦，擦去界面上不稳定的氧化层，使接触面间硅与金熔化；冷却后由液相形成以晶粒形式互相结合的机械混合物(金-硅共熔晶体)，从而使硅芯片牢固地连接到镀金的底座上并形成良好的欧姆接触。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、14.2.2梁式引线和面键合技术1.梁式引线技术

2.面键合技术(倒装芯片连接技术)14.2.2梁式引线和面键合技术1.梁式引线技术

2.面键1.梁式引线技术图14-3梁式引线器件的结构1)芯片上无论有多少引线和焊点，均可一次焊接成形，1.梁式引线技术图14-3梁式引线器件的结构1)芯片上无1.梁式引线技术焊接速度快，生产效率高。

2)制作连接引线时，芯片不受压力。

3)比引线丝焊接的可靠性高。

4)空气隔离的梁式引线，适用于高频和微波器件。1.梁式引线技术焊接速度快，生产效率高。

2)制作连接引线2.面键合技术(倒装芯片连接技术)图14-4多层银-锡凸点芯片结构图2.面键合技术(倒装芯片连接技术)图14-4多层银-锡凸点2.面键合技术(倒装芯片连接技术)图14-5倒装芯片连接示意图2.面键合技术(倒装芯片连接技术)图14-5倒装芯片连接示14.2.3自动载带组焊技术图14-6典型的24引线设计图形14.2.3自动载带组焊技术图14-6典型的24引线设计14.2.3自动载带组焊技术图14-8双列直插式封装的外引线框载带14.2.3自动载带组焊技术图14-8双列直插式封装的外14.2.3自动载带组焊技术图14-9自动载带组焊技术主要工艺流程14.2.3自动载带组焊技术图14-9自动载带组焊技术主14.3电路板组装微连接技术14.3.1波峰焊

14.3.2再流焊14.3电路板组装微连接技术14.3.1波峰焊

14.314.3.1波峰焊1.双向波峰焊

2.双波峰焊

3.振动波峰焊

4.波峰焊中的锡球14.3.1波峰焊1.双向波峰焊

2.双波峰焊

3.振动波14.3.1波峰焊图14-10波峰焊基本原理示意图14.3.1波峰焊图14-10波峰焊基本原理示意图1.双向波峰焊图14-11双向波峰形状示意图

a)用于水平传送的印制电路板b)用于倾斜传送的印制电路板1.双向波峰焊图14-11双向波峰形状示意图

a)用于水平1.双向波峰焊图14-12λ波峰示意图1.双向波峰焊图14-12λ波峰示意图2.双波峰焊图14-13双波峰软钎焊示意图2.双波峰焊图14-13双波峰软钎焊示意图3.振动波峰焊图14-14Ω波峰系统示意图3.振动波峰焊图14-14Ω波峰系统示意图4.波峰焊中的锡球1)通孔内适当厚度的金属镀层是关键要素，孔壁上的铜镀层最小应为25μm，而且无空隙。

2)使用喷雾或发泡式涂敷钎剂。

3)波峰焊机预热区温度的设置应使印制电路板顶面的温度达到至少100℃。4.波峰焊中的锡球1)通孔内适当厚度的金属镀层是关键要素，孔14.3.2再流焊1.红外及热风再流焊

2.气相再流焊

3.激光再流焊

4.再流焊中的锡球14.3.2再流焊1.红外及热风再流焊

2.气相再流焊

314.3.2再流焊图14-15红外再流焊14.3.2再流焊图14-15红外再流焊1.红外及热风再流焊红外再流焊利用红外线辐射加热法，一般采用隧道加热炉，热源以红外线辐射为主(见图14-15)，对印制电路板、电子器件和焊点整体加热，可精确控制再流焊温度曲线，适用于流水线大批量生产，且设备成本也不高，是目前普遍应用的再流焊方法。红外线辐射加热的主要缺点是表面贴装器件(SMD)因表面颜色的深浅、材料的差异及与热源距离的远近，所吸收的热量也有所不同；体积大的SMD会对小型SMD造成阴影，使之受热不足而降低焊接质量；温度的设定难以兼顾周到。特别对于BGA封装，由于整个焊球都被集成器件覆盖，因此单纯的红外线加热会造成芯部和边角加热不均匀。1.红外及热风再流焊红外再流焊利用红外线辐射加热法，一般采用2.气相再流焊图14-16气相再流焊2.气相再流焊图14-16气相再流焊3.激光再流焊图14-17激光再流焊3.激光再流焊图14-17激光再流焊3.激光再流焊图14-18三种激光加热方式

a)光点移动法b)线状光束法c)振镜扫描法3.激光再流焊图14-18三种激光加热方式

a)光点移动法4.再流焊中的锡球图14-19再流焊中的锡球4.再流焊中的锡球图14-19再流焊中的锡球14.4微电子连接无铅钎焊技术14.4.1传统锡铅钎料的问题

14.4.2无铅钎料研究存在的问题

14.4.3常用的无铅钎料合金系14.4微电子连接无铅钎焊技术14.4.1传统锡铅钎料的14.4.1传统锡铅钎料的问题锡铅钎料具有钎焊性好、熔点低、价廉等优点，作为焊接材料使用已有几千年的历史，特别在近几十年已成为现代电子工业的主要封装钎焊材料。电子产品给人们的生活带来了方便的同时，也对人类健康和地球环境造成了巨大的威胁，电子垃圾正成为全球性问题。随着现代高集成度、高性能电子电路设计的发展，焊接点越来越小，而所需承载的力学、电学、热学负荷越来越重，对其可靠性要求日益提高，传统的锡铅钎料已不能满足这方面的要求。近年来由于燃料的大量使用，导致酸雨越来越严重。在这种弱酸性溶液环境下，废弃电子产品中的铅会析出并溶入酸雨中，导致土壤和地下水的污染。若长期饮用受污染的地下水，铅被人体吸收会造成铅中毒。14.4.1传统锡铅钎料的问题锡铅钎料具有钎焊性好、熔点低14.4.2无铅钎料研究存在的问题(1)熔点钎料合金的熔点是决定钎焊温度的基本参数，新型无铅钎料的熔点要接近锡铅共晶钎料(熔点为183℃)，这样原有设备和工艺参数就无需做出太大的变动。

(2)润湿铺展性能目前无铅钎料润湿铺展性能远远不及锡铅钎料。

(3)力学性能锡铅钎料强度低，组织不稳定，在室温环境下与基体界面产生金属间化合物并长大而导致接头脆化，因而新研制的无铅钎料应有较高的强韧性及组织稳定性，可抗蠕变、抗热疲劳及具有抗短时机械过载能力。

(4)电气性能作为电气连接件的钎料，应有良好的导电性和导热性，可抑制接头过度发热，从而提高电器结构件的可靠性。

(5)价格对于实际的电子应用，成本是选择钎料的另一个重要的因素，大多数无铅钎料的成本是锡铅钎料的2~3倍，这是导致无铅钎料发展缓慢的重要原因之一，不断的降低成本，减少Ag和In等稀有金属的含量将会是发展新工艺和新钎料的关注问题。14.4.2无铅钎料研究存在的问题(1)熔点钎料合金的熔14.4.3常用的无铅钎料合金系(1)Sn-Zn系合金Sn-Zn系合金的熔点大致在198℃，与现在通用的锡铅共晶钎料的熔点183℃最为接近，两者的设备可以共享，焊接参数也不需要大的变动，力学性能良好。

(2)Sn-Cu系合金Sn-Cu系合金价格也比较便宜。

(3)Sn-Ag-Cu系合金Sn-Ag-Cu系是新一代代表性钎料，在许多公司的产品中已经开始使用。14.4.3常用的无铅钎料合金系(1)Sn-Zn系合金14.4.3常用的无铅钎料合金系图14-20目前研究的无铅钎料合金系14.4.3常用的无铅钎料合金系图14-20目前研究的无第13章微电子连接技术概述一、集成电路的封装

二、微电子器件的连接技术应用

三、电路板组装微连接技术

四、微电子连接无铅钎焊技术第13章微电子连接技术概述一、集成电路的封装

二、微电子器13.1集成电路的封装图14-1插装型典型封装13.1集成电路的封装图14-1插装型典型封装14.1集成电路的封装图14-2贴片型集成电路典型封装14.1集成电路的封装图14-2贴片型集成电路典型封装14.2微电子器件的连接技术应用14.2.1传统连接工艺应用

14.2.2梁式引线和面键合技术

14.2.3自动载带组焊技术14.2微电子器件的连接技术应用14.2.1传统连接工艺14.2.1传统连接工艺应用1.钎焊技术

2.熔焊技术

3.压焊技术

4.粘接技术14.2.1传统连接工艺应用1.钎焊技术

2.熔焊技术

32.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、钨极脉冲微束氩弧焊、微束等离子焊及高频感应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Au-Si共晶焊。共晶焊应用领域与粘接技术的应用类似(见表14-4)，但连接的机械强度较高，热阻小，可靠性高。金-硅共晶熔点在370℃左右，金-硅共晶焊是在一定的温度(超过金-硅共晶熔点)和一定压力下，将芯片在镀金的底座上轻轻揉动摩擦，擦去界面上不稳定的氧化层，使接触面间硅与金熔化；冷却后由液相形成以晶粒形式互相结合的机械混合物(金-硅共熔晶体)，从而使硅芯片牢固地连接到镀金的底座上并形成良好的欧姆接触。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、14.2.2梁式引线和面键合技术1.梁式引线技术

2.面键合技术(倒装芯片连接技术)14.2.2梁式引线和面键合技术1.梁式引线技术

2.面键1.梁式引线技术图14-3梁式引线器件的结构1)芯片上无论有多少引线和焊点，均可一次焊接成形，1.梁式引线技术图14-3梁式引线器件的结构1)芯片上无1.梁式引线技术焊接速度快，生产效率高。

2)制作连接引线时，芯片不受压力。

3)比引线丝焊接的可靠性高。

4)空气隔离的梁式引线，适用于高频和微波器件。1.梁式引线技术焊接速度快，生产效率高。

2)制作连接引线2.面键合技术(倒装芯片连接技术)图14-4多层银-锡凸点芯片结构图2.面键合技术(倒装芯片连接技术)图14-4多层银-锡凸点2.面键合技术(倒装芯片连接技术)图14-5倒装芯片连接示意图2.面键合技术(倒装芯片连接技术)图14-5倒装芯片连接示14.2.3自动载带组焊技术图14-6典型的24引线设计图形14.2.3自动载带组焊技术图14-6典型的24引线设计14.2.3自动载带组焊技术图14-8双列直插式封装的外引线框载带14.2.3自动载带组焊技术图14-8双列直插式封装的外14.2.3自动载带组焊技术图14-9自动载带组焊技术主要工艺流程14.2.3自动载带组焊技术图14-9自动载带组焊技术主14.3电路板组装微连接技术14.3.1波峰焊

14.3.2再流焊14.3电路板组装微连接技术14.3.1波峰焊

14.314.3.1波峰焊1.双向波峰焊

2.双波峰焊

3.振动波峰焊

4.波峰焊中的锡球14.3.1波峰焊1.双向波峰焊

2.双波峰焊

3.振动波14.3.1波峰焊图14-10波峰焊基本原理示意图14.3.1波峰焊图14-10波峰焊基本原理示意图1.双向波峰焊图14-11双向波峰形状示意图

a)用于水平传送的印制电路板b)用于倾斜传送的印制电路板1.双向波峰焊图14-11双向波峰形状示意图

a)用于水平1.双向波峰焊图14-12λ波峰示意图1.双向波峰焊图14-12λ波峰示意图2.双波峰焊图14-13双波峰软钎焊示意图2.双波峰焊图14-13双波峰软钎焊示意图3.振动波峰焊图14-14Ω波峰系统示意图3.振动波峰焊图14-14Ω波峰系统示意图4.波峰焊中的锡球1)通孔内适当厚度的金属镀层是关键要素，孔壁上的铜镀层最小应为25μm，而且无空隙。

2)使用喷雾或发泡式涂敷钎剂。

3)波峰焊机预热区温度的设置应使印制电路板顶面的温度达到至少100℃。4.波峰焊中的锡球1)通孔内适当厚度的金属镀层是关键要素，孔14.3.2再流焊1.红外及热风再流焊

2.气相再流焊

3.激光再流焊

4.再流焊中的锡球14.3.2再流焊1.红外及热风再流焊

2.气相再流焊

314.3.2再流焊图14-15红外再流焊14.3.2再流焊图14-15红外再流焊1.红外及热风再流焊红外再流焊利用红外线辐射加热法，一般采用隧道加热炉，热源以红外线辐射为主(见图14-15)，对印制电路板、电子器件和焊点整体加热，可精确控制再流焊温度曲线，适用于流水线大批量生产，且设备成本也不高，是目前普遍应用的再流焊方法。红外线辐射加热的主要缺点是表面贴装器件(SMD)因表面颜色的深浅、材料的差异及与热源距离的远近，所吸收的热量也有所不同；体积大的SMD会对小型SMD造成阴影，使之受热不足而降低焊接质量；温度的设定难以兼顾周到。特别对于BGA封装，由于整个焊球都被集成器件覆盖，因此单纯的红外线加热会造成芯部和边角加热不均匀。1.红外及热风再流焊红外再流焊利用红外线辐射加热法，一般采用2.气相再流焊图14-16气相再流焊2.气相再流焊图14-16气相再流焊3.激光再流焊图14-17激光再流焊3.激光再流焊图14-17激光再流焊3.激光再流焊图14-18三种激光加热方式

a)光点移动法b)线状光束法c)振镜扫描法3.激光再流焊图14-18三种激光加热方式

a)光点移动法4.再流焊中的锡球图14-19再流焊中的锡球4.再流焊中的锡球图14-19再流焊中的锡球14.4微电子连接无铅钎焊技术14.4.1传统锡铅钎料的问题

14.4.2无铅钎料研究存在的问题

14.4.3常用的无铅钎料合金系14.4微电子连接无铅钎焊技术14.4.1传统锡铅钎料的14.4.1传统锡铅钎料的问题锡铅钎料具有钎焊性好、熔点低、价廉等优点，作为焊接材料使用已有几千年的历史，特别在近几十年已成为现代电子工业的主要封装钎焊材料。电子产品给人们的生活带来了方便的同时，也对人类健康和地球环境造成了巨大的威胁，电子垃圾正成为全球性问题。随着现代高集成度、高性能电子电路设计的发展，焊接点越来越小，而所需承载的力学、电学、热学负荷越来越重，对其可靠性要求日益提高，传统的锡铅钎料已不能满足这方面的要求。近年来由于燃料的大量使用，导致酸雨越来越严重。在这种弱酸性溶液环境下，废弃电子产品中的铅会析出并溶入酸雨中，导致土壤和地下水的污染。若长期饮用受污染的地下水，铅被人体吸收会