微连接、精密连接与微电子焊接
发布时间:2011/8/25 13:48:00 访问次数:2714
1.微连接概念
自20世纪60年代微电子技术诞生并以魔幻速度飞速发展,微电子器件封装和组装时要连接的材料尺寸越来越小、连接的过程时间越来越短、对加热能量等的控制要求越来越高,连接界面在服役过程中受到力、热等的作用会发生随时间的变化,逐步影响连接的力学、电气性能以及产品的可靠性,微连接概念应运而生。
据记载,微连接这一术语早在20世纪60年代就已经提出。20世纪80年代后期国际焊接协会(International Institute for Welding,IIW)成立了微连接技术委员会(Micro-joiningSelected Committee),随后许多国家相继成立了专门的学术机构。如今,微连接已自成体系,并形成了一门独立的制造技术。
微连接又称精密连接,指连接对象的细微特征,这种特征导致了微连接工艺与普通焊接工艺具有显著的区别,因此在连接中除了必须考虑连接尺寸的精密性外,还必须考虑接合部位的尺寸效应。这种焊接领域的微连接技术,在电子产品生产工艺中又称为微电子焊接。
微连接与精密连接是同一内涵的不同表述术语,而微电子焊接没有包括焊接以外的连接,例如黏结和机械连接等,而后者对于电子系统同样是不可或缺的。因此微连接具有更全面的含义。
2.微连接技术的特点
电子产品和系统的微连接是一个复杂的系统工程,其原理涉及物理、化学、金属工艺学、冶金学、材料学以及电子、机械等相关知识。与传统焊接方法相比,电子微连接技术具有如下特点:
(1)材料多样化传统连接技术的主体是指焊接技术,其主要焊接对象以黑色金属为主,而电子系统的微连接技术主要采用特种焊接技术,其中又以钎焊占主导地位,所涉及的材料主要是有色金属,如Sn、Pb、Sb、Cu、Ag、Au、Al、Bi等金属及其合金。
(2)尺寸精细化例如:片式阻容元件尺寸已从20世纪70年代的3216(3.2×1.6mm)发展到现在的0402(0.4×0.2mm);芯片外引线中心间距从最初的1.27mm,快速减小至0.5mm、0.4mm和0.3mm;与元器件相匹配的印制电路板(PCB)从早期的单面板、双面板发展为多层板,板面上的线宽已从0.2~0.3mm缩小至0.15 mm和0.1mm.甚至到0.05mm.又如球栅阵列(BGA)封装技术,其钎料球中心距离可小于0.5mm。在多芯片模块中,裸芯片组装已经达到微米数量级;要求的定位精度很高,已达到纳米的数量级;所用封装基板的尺寸精度也很高,图6.1.4所示是多芯片模块中微连接示意图。
(3)因素复杂化 由于连接对象的微细化,在传统焊接技术中可以忽略的某些因素却成为影响连接质量的决定性的因素,如溶解量、扩散层厚度、表面张力、应变量等。
(4)结构特殊化 由于微电子材料结构、性能的特殊性,例如,微电子材料在形态上一般为薄膜、厚膜、箔等,且这些箔和膜多为金属复合层,而金属复合层不是单独存在而是附着在基板上的,这就需要采用特殊的连接方法,同时在连接过程中不能对器件的功能产生任何影响。
(5)工艺精确化 由于连接接头的界面在服役过程中在各种应力作用下会随时间的延长而发生变化,将逐步影响连接的力学性能、电气性能及接头的可靠性。因此,要求连接精度很高,键合时间很短,对加热、加压等能量的控制要求非常精确。 P2V16S406TP
1.微连接概念
自20世纪60年代微电子技术诞生并以魔幻速度飞速发展,微电子器件封装和组装时要连接的材料尺寸越来越小、连接的过程时间越来越短、对加热能量等的控制要求越来越高,连接界面在服役过程中受到力、热等的作用会发生随时间的变化,逐步影响连接的力学、电气性能以及产品的可靠性,微连接概念应运而生。
据记载,微连接这一术语早在20世纪60年代就已经提出。20世纪80年代后期国际焊接协会(International Institute for Welding,IIW)成立了微连接技术委员会(Micro-joiningSelected Committee),随后许多国家相继成立了专门的学术机构。如今,微连接已自成体系,并形成了一门独立的制造技术。
微连接又称精密连接,指连接对象的细微特征,这种特征导致了微连接工艺与普通焊接工艺具有显著的区别,因此在连接中除了必须考虑连接尺寸的精密性外,还必须考虑接合部位的尺寸效应。这种焊接领域的微连接技术,在电子产品生产工艺中又称为微电子焊接。
微连接与精密连接是同一内涵的不同表述术语,而微电子焊接没有包括焊接以外的连接,例如黏结和机械连接等,而后者对于电子系统同样是不可或缺的。因此微连接具有更全面的含义。
2.微连接技术的特点
电子产品和系统的微连接是一个复杂的系统工程,其原理涉及物理、化学、金属工艺学、冶金学、材料学以及电子、机械等相关知识。与传统焊接方法相比,电子微连接技术具有如下特点:
(1)材料多样化传统连接技术的主体是指焊接技术,其主要焊接对象以黑色金属为主,而电子系统的微连接技术主要采用特种焊接技术,其中又以钎焊占主导地位,所涉及的材料主要是有色金属,如Sn、Pb、Sb、Cu、Ag、Au、Al、Bi等金属及其合金。
(2)尺寸精细化例如:片式阻容元件尺寸已从20世纪70年代的3216(3.2×1.6mm)发展到现在的0402(0.4×0.2mm);芯片外引线中心间距从最初的1.27mm,快速减小至0.5mm、0.4mm和0.3mm;与元器件相匹配的印制电路板(PCB)从早期的单面板、双面板发展为多层板,板面上的线宽已从0.2~0.3mm缩小至0.15 mm和0.1mm.甚至到0.05mm.又如球栅阵列(BGA)封装技术,其钎料球中心距离可小于0.5mm。在多芯片模块中,裸芯片组装已经达到微米数量级;要求的定位精度很高,已达到纳米的数量级;所用封装基板的尺寸精度也很高,图6.1.4所示是多芯片模块中微连接示意图。
(3)因素复杂化 由于连接对象的微细化,在传统焊接技术中可以忽略的某些因素却成为影响连接质量的决定性的因素,如溶解量、扩散层厚度、表面张力、应变量等。
(4)结构特殊化 由于微电子材料结构、性能的特殊性,例如,微电子材料在形态上一般为薄膜、厚膜、箔等,且这些箔和膜多为金属复合层,而金属复合层不是单独存在而是附着在基板上的,这就需要采用特殊的连接方法,同时在连接过程中不能对器件的功能产生任何影响。
(5)工艺精确化 由于连接接头的界面在服役过程中在各种应力作用下会随时间的延长而发生变化,将逐步影响连接的力学性能、电气性能及接头的可靠性。因此,要求连接精度很高,键合时间很短,对加热、加压等能量的控制要求非常精确。 P2V16S406TP
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