使用低α粒子锡膏降低微电子封装的软错误率

深圳市福英达工业技术有限公司/一站式锡膏解决方案供应商使用低α粒子锡膏降低微电子封装的软错误率软错误是指由辐射对硅集成电路（SiICs）的影响导致的设备的暂时性故障。软错误会影响设备的性能和可靠性，尤其是在空间、防御、医疗和电力系统等高辐射环境中。随着电子设备的不断微型化和高密度化，软错误的发生概率也随之增加，因为现在低能量的α粒子也能翻转一个存储器位或改变逻辑电路的时序。其中，一种主要的α粒子辐射源是用于封装中连接元件的锡膏，它们含有α放射性元素。由于使用了倒装焊（flip-chip）和3D封装，锡膏凸点（solderbumps）已经非常靠近硅器件，即使是低能量的α射线也能引起软错误。因此，需要开发低α活性无铅锡膏（LowAlphaactivityPb-freesolders），以减少软错误的发生。焊料的α粒子来源含铅焊料被认为是α粒子的主要来源，这一点由北卡罗莱纳州微电子中心（MCNC）进行的一项研究证实，该研究监测了晶圆凸点过程中的每一步的α辐射。铅的放射性可以追溯到238U。从238U开始，它衰变为210Pb，在22年内进一步衰变为Bi，然后衰变为Po，再在138天内衰变为206Pb。除了α粒子外，衰变过程还涉及β粒子（电子）排放。β粒子对软错误没有影响。天然铅源中的铀含量相差三个数量级之多。在熔炼和化学提纯过程中，虽然可能会去除其他元素，但由于两种铅同位素的化学性质相同，放射性210Pb会与非放射性206Pb集中在一起。在熔炼和提纯后的8至9个月内，铅的α活度可高达100α/（cm2"h）。α粒子的产生过程：

芯片制造商通常把α粒子的来源分为内在源和外在源。a)内在源是指存在于加工过的硅本身的源，但通常不太重要。它们是由加工相关因素造成的，如磷酸蚀刻留下的残留物。磷酸通常用于晶圆制造过程中硅氮化物绝缘薄膜的图案化；它的纯度通常相对较低，含有低水平的放射性同位素。其他内在源包括薄膜氧化物和氮化物中的痕量杂质、植入操作过程中添加到硅中的无关杂质以及硅晶片本身的杂质。b)外在源：外在源通常与硅芯片不同，但在集成电路封装内。大多数α粒子源都属于这一类。表1列出了微电子封装中最常见的α粒子源。表2列出了其中一些α粒子发射源的单个贡献估计值。目前认为，几乎所有用于集成电路封装的材料都会导致软错误发生。由于尺寸缩小，距离拉近，器件对SER的敏感度不断提高，因此有必要对进厂材料和制造工艺制定例行监控程序。表1.微电子封装中最常见的α粒子源表2.微电子封装中使用的一些常见材料的α辐射活度低α粒子锡膏的开发和应用为了降低锡膏中的α粒子活度，有两种主要的方法：一是使用无铅焊料，二是使用低α活性铅焊料。无铅焊料是指不含铅或含铅量极低的焊料，它们通常由锡、银、铜等元素组成。无铅焊料的优点是可以避免铅对环境和人体的危害，同时也可以消除锡膏中的α粒子来源。低α活性铅焊料是指经过特殊处理，去除了放射性210Pb的铅焊料。这种处理方法通常包括两个步骤：一是使用高纯度的原材料，二是使用真空或惰性气体环境进行熔炼和提纯。这样可以有效地降低锡膏中的α粒子活度，达到0.01α/（cm2"h）以下。低α活性铅焊料的优点是可以保持铅焊料的优良性能，如低熔点、低氧化性、低蠕变性、低金属间化合物形成率等，同时也可以减少软错误的发生。目前，低α活性无铅锡膏已经在一些高端微电子封装领域得到了应用，如航天航空、医疗器械和电力系统等。这些领域对设备的可靠性要求非常高，不能容忍任何软错误的发生。因此，使用低α活性无铅锡膏可以有效地提高设备的抗辐射能力和安全性。福英达低α粒子焊料低α焊料系列，是福英达公司为SiP系统级封装、FlipChip芯片倒装等高密度、微型化封装开发的具有低α粒子计数的高铅焊料。应用于移动通信（智能手机、平板电脑、穿戴设备）、物联网（Wi-Fi,BLTE,UWB,LTE-M&NB-IoT、消费、工业）、汽车（信息娱乐系统）、高性能运算（运算、网络、人工智能）等领域。福英达低α产品包含lowalpha(<0.01cph/cm2)和ultralowalpha(<0.002cph/cm2)两种放射级别，无铅、高铅合金，粒径型号覆盖T3、T4、T5、T6。该低α焊料系列具有锡粉球形度好、粒度分布窄、氧含量低、化学纯度高等优点，满足α粒子放射规格要求，并可提供客制化开发服务。欢迎来电咨询。参考文献SantoshKumar,ShaluAgarwalandJaePilJung(2013).Softerrorissue