微連接、精密連接與微電子焊接
發(fā)布時間:2011/8/25 13:48:00 訪問次數(shù):2736
1.微連接概念
自20世紀60年代微電子技術誕生并以魔幻速度飛速發(fā)展,微電子器件封裝和組裝時要連接的材料尺寸越來越小、連接的過程時間越來越短、對加熱能量等的控制要求越來越高,連接界面在服役過程中受到力、熱等的作用會發(fā)生隨時間的變化,逐步影響連接的力學、電氣性能以及產(chǎn)品的可靠性,微連接概念應運而生。
據(jù)記載,微連接這一術語早在20世紀60年代就已經(jīng)提出。20世紀80年代后期國際焊接協(xié)會(International Institute for Welding,IIW)成立了微連接技術委員會(Micro-joiningSelected Committee),隨后許多國家相繼成立了專門的學術機構。如今,微連接已自成體系,并形成了一門獨立的制造技術。
微連接又稱精密連接,指連接對象的細微特征,這種特征導致了微連接工藝與普通焊接工藝具有顯著的區(qū)別,因此在連接中除了必須考慮連接尺寸的精密性外,還必須考慮接合部位的尺寸效應。這種焊接領域的微連接技術,在電子產(chǎn)品生產(chǎn)工藝中又稱為微電子焊接。
微連接與精密連接是同一內(nèi)涵的不同表述術語,而微電子焊接沒有包括焊接以外的連接,例如黏結和機械連接等,而后者對于電子系統(tǒng)同樣是不可或缺的。因此微連接具有更全面的含義。
2.微連接技術的特點
電子產(chǎn)品和系統(tǒng)的微連接是一個復雜的系統(tǒng)工程,其原理涉及物理、化學、金屬工藝學、冶金學、材料學以及電子、機械等相關知識。與傳統(tǒng)焊接方法相比,電子微連接技術具有如下特點:
(1)材料多樣化傳統(tǒng)連接技術的主體是指焊接技術,其主要焊接對象以黑色金屬為主,而電子系統(tǒng)的微連接技術主要采用特種焊接技術,其中又以釬焊占主導地位,所涉及的材料主要是有色金屬,如Sn、Pb、Sb、Cu、Ag、Au、Al、Bi等金屬及其合金。
(2)尺寸精細化例如:片式阻容元件尺寸已從20世紀70年代的3216(3.2×1.6mm)發(fā)展到現(xiàn)在的0402(0.4×0.2mm);芯片外引線中心間距從最初的1.27mm,快速減小至0.5mm、0.4mm和0.3mm;與元器件相匹配的印制電路板(PCB)從早期的單面板、雙面板發(fā)展為多層板,板面上的線寬已從0.2~0.3mm縮小至0.15 mm和0.1mm.甚至到0.05mm.又如球柵陣列(BGA)封裝技術,其釬料球中心距離可小于0.5mm。在多芯片模塊中,裸芯片組裝已經(jīng)達到微米數(shù)量級;要求的定位精度很高,已達到納米的數(shù)量級;所用封裝基板的尺寸精度也很高,圖6.1.4所示是多芯片模塊中微連接示意圖。
(3)因素復雜化 由于連接對象的微細化,在傳統(tǒng)焊接技術中可以忽略的某些因素卻成為影響連接質(zhì)量的決定性的因素,如溶解量、擴散層厚度、表面張力、應變量等。
(4)結構特殊化 由于微電子材料結構、性能的特殊性,例如,微電子材料在形態(tài)上一般為薄膜、厚膜、箔等,且這些箔和膜多為金屬復合層,而金屬復合層不是單獨存在而是附著在基板上的,這就需要采用特殊的連接方法,同時在連接過程中不能對器件的功能產(chǎn)生任何影響。
(5)工藝精確化 由于連接接頭的界面在服役過程中在各種應力作用下會隨時間的延長而發(fā)生變化,將逐步影響連接的力學性能、電氣性能及接頭的可靠性。因此,要求連接精度很高,鍵合時間很短,對加熱、加壓等能量的控制要求非常精確。 P2V16S406TP
1.微連接概念
自20世紀60年代微電子技術誕生并以魔幻速度飛速發(fā)展,微電子器件封裝和組裝時要連接的材料尺寸越來越小、連接的過程時間越來越短、對加熱能量等的控制要求越來越高,連接界面在服役過程中受到力、熱等的作用會發(fā)生隨時間的變化,逐步影響連接的力學、電氣性能以及產(chǎn)品的可靠性,微連接概念應運而生。
據(jù)記載,微連接這一術語早在20世紀60年代就已經(jīng)提出。20世紀80年代后期國際焊接協(xié)會(International Institute for Welding,IIW)成立了微連接技術委員會(Micro-joiningSelected Committee),隨后許多國家相繼成立了專門的學術機構。如今,微連接已自成體系,并形成了一門獨立的制造技術。
微連接又稱精密連接,指連接對象的細微特征,這種特征導致了微連接工藝與普通焊接工藝具有顯著的區(qū)別,因此在連接中除了必須考慮連接尺寸的精密性外,還必須考慮接合部位的尺寸效應。這種焊接領域的微連接技術,在電子產(chǎn)品生產(chǎn)工藝中又稱為微電子焊接。
微連接與精密連接是同一內(nèi)涵的不同表述術語,而微電子焊接沒有包括焊接以外的連接,例如黏結和機械連接等,而后者對于電子系統(tǒng)同樣是不可或缺的。因此微連接具有更全面的含義。
2.微連接技術的特點
電子產(chǎn)品和系統(tǒng)的微連接是一個復雜的系統(tǒng)工程,其原理涉及物理、化學、金屬工藝學、冶金學、材料學以及電子、機械等相關知識。與傳統(tǒng)焊接方法相比,電子微連接技術具有如下特點:
(1)材料多樣化傳統(tǒng)連接技術的主體是指焊接技術,其主要焊接對象以黑色金屬為主,而電子系統(tǒng)的微連接技術主要采用特種焊接技術,其中又以釬焊占主導地位,所涉及的材料主要是有色金屬,如Sn、Pb、Sb、Cu、Ag、Au、Al、Bi等金屬及其合金。
(2)尺寸精細化例如:片式阻容元件尺寸已從20世紀70年代的3216(3.2×1.6mm)發(fā)展到現(xiàn)在的0402(0.4×0.2mm);芯片外引線中心間距從最初的1.27mm,快速減小至0.5mm、0.4mm和0.3mm;與元器件相匹配的印制電路板(PCB)從早期的單面板、雙面板發(fā)展為多層板,板面上的線寬已從0.2~0.3mm縮小至0.15 mm和0.1mm.甚至到0.05mm.又如球柵陣列(BGA)封裝技術,其釬料球中心距離可小于0.5mm。在多芯片模塊中,裸芯片組裝已經(jīng)達到微米數(shù)量級;要求的定位精度很高,已達到納米的數(shù)量級;所用封裝基板的尺寸精度也很高,圖6.1.4所示是多芯片模塊中微連接示意圖。
(3)因素復雜化 由于連接對象的微細化,在傳統(tǒng)焊接技術中可以忽略的某些因素卻成為影響連接質(zhì)量的決定性的因素,如溶解量、擴散層厚度、表面張力、應變量等。
(4)結構特殊化 由于微電子材料結構、性能的特殊性,例如,微電子材料在形態(tài)上一般為薄膜、厚膜、箔等,且這些箔和膜多為金屬復合層,而金屬復合層不是單獨存在而是附著在基板上的,這就需要采用特殊的連接方法,同時在連接過程中不能對器件的功能產(chǎn)生任何影響。
(5)工藝精確化 由于連接接頭的界面在服役過程中在各種應力作用下會隨時間的延長而發(fā)生變化,將逐步影響連接的力學性能、電氣性能及接頭的可靠性。因此,要求連接精度很高,鍵合時間很短,對加熱、加壓等能量的控制要求非常精確。 P2V16S406TP
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