随着信息时代的到来,电子封装技术发展越来越迅速。其应用领域范围极广,大 到航空航天领域,小到我们日常生活中常用的电脑、计算机、手表等。微电子封装工 业不仅是现代社会中发展最为迅速的行业,同时也是一个对技术要求很高的工业。根 据摩尔定律,单位面积上的硅片能容纳的晶体管数量正在以每 18 个月翻一倍的速率
不断增加着[1]。据专家估计,在未来的 15 年内,摩尔定律将会一直有效。 电子封装最初的概念是一种电子产品的制造技术,负责保护电路,避免电路受到
物理化学等因素的影响,对芯片提供支撑保护,利用微观连接技术将半导体元器件在 基板或框架上布置连接、使外界与引出的引线接通,实现电源和信号的连接,然后通 过可塑性材料固定,是沟通芯片和系统的重要桥梁,构成整体结构的工艺技术。电子 封装从系统和应用的角度分类可以分为零级封装、一级封装、二级封装和三级封装。 电子封装的主要作用主要表现在机械支撑、电源分配、信号分配、散热通道和环境保 护五个方面。
目前主要的封装技术主要包括:双列直插式封装(DIP)、表面贴装封装(SMT)、 引线网格阵列封装(PGA)、球栅阵列封装(BGA)、芯片尺寸封装(CSP)、芯片系 统级封装(SOC)、硅通孔(TSV)三维叠层封装技术等[3]。
1。1。2 电子封装发展趋势
由于当代电子产品以追求更小、更轻、更薄为目标,电子封装技术也逐渐朝着无 铅化、微小型化、高密度发展趋势发展。封装技术发展的同时也伴随着集成电路集成 度的提高和芯片特征尺寸的减小,随着集成度的提高,三维封装越来越成为了未来的 发展趋势,新型电子封装由传统的引线框架型封装技术逐渐朝着“面对面(face to face)” 型封装形式转变[2]。
在 BGA 封装中,微凸点键合技术相比其他键合技术相比,在功能、可靠性、应 用范围方面有明显优势。凸点键合就是将焊料凸点放置在芯片的电极处,同时在基板 的引线电极上放置焊料膏,将芯片倒置,使基板的引线电极上的焊膏与之形成对位,
最后使得双方的焊料在加热后融为一体实现焊接。微凸点有良好的导热性能、机械性 能、电气性能和热性能,且生产工艺便捷适合大规模生产,可以同时进行大量焊点互 连,提高封装速度;微凸点键合技术适用的键合方式也很多,易于实现低温高可靠性 键合互连;同时,芯片电极焊点不仅可以在边缘分布也可为阵列分布,大大提高了封 装的密度和处理速度。微凸点制备工艺的要求随着凸点尺寸的减小越来越严格。芯片 只有具备凸点结构才能进行倒装芯片封装和三维封装,要提高凸点的可靠性,选择合 适的凸点材料是非常重要的。
1。2 凸点
随着凸点材料研发速度的加快和对凸点尺寸的要求越来越严格,凸点的制备工艺 正面临着严峻的挑战。在当前倒装芯片封装工艺中,凸点承担着连接芯片与基板的导 电功能,将芯片散发的热量传导到基板的导热功能,提供了芯片与基板之间的机械连 接功能,防止基板上导线与芯片的直接接触,缓冲因为热膨胀系数不同基板与芯片产 生的应力的缓冲功能。
制作凸点金属有很多有 Au 、Cu 、Sn、In 等纯金属也有 PbSn、AuSn、AgSn、 SnAgCu 等合金金属。选择凸点金属时,应考虑各方面的因素,包括包括熔点、剪切 力、凸点硬度、电迁移的阻抗、电导率、形成氧化物的倾向、芯片焊盘的金属结构, 衬底、以及沉积金属凸点的成本[4]。
当前的芯片钎料凸点制作方法有很多,常见的制作方法主要包括丝网/模板印刷 法、焊料喷射法、蒸发/溅射沉积法以及电镀法[5]。丝网印刷法需要用到金属模板或光 刻胶板,通过回流工艺性能制作所需凸点,是一种较经济高效的制备凸点的方法。其 主要优点是工艺简单、成本低、操作方便、可以制备工艺复杂的凸点容易应用新型钎 料。但这种方法也有局限性,丝网印刷法主要用于节距为 150μm 到 225 微米球形呈 面分布的凸点制备[6]。这是因为所印刷的焊膏是钎剂和钎料粉的混合物,每个凸点的 体积无法得到精确的控制,在回流过程中体积变化很大,制作凸点时难以达到体积均 匀性,因此凸点之间必须具有足够的空间使节距增大。论文网