（南昌航空大学 焊接技术与工程专业060142班 江西 南昌 330063） 1 前言
微电子技术特别是电子封装技术发展迅速，微电子封装是将数十万乃至数百万个半导体元件(即集成电路芯片)组装成一个紧凑的封装体，由外界提供电源，并与外界进行信息交流。微电子封装包括单芯片封装(SCP)设计和制造，多芯片封装(MCM)设种封装基板设计和制造，芯片互连与组装设计和制造，芯片后封装工艺，各封装总体电性能、力学性能、热性能和可靠性设计、封装材料等多项内容【1】。装不但直接影响着集成电路本身的电性能、力学性能、光性能和热性能．影响其可靠性和成本。还在很大程度上决定着电子整机系统的小型化、多功能化、可靠性和成本，电子封装越来越受到人们的重视。微电子连接技术是微电子封装技术中的重要环节。目前，表面贴装技术(SMT)是微电子连接技术发展的主流，而表面贴装器件、设备及生产工艺技术是SMT的三大要素。因而在微电子封装技术发展过程中，微电子连接技术也随之发展，自动化程度越来越高，加工过程也越来越精细【2】。
2 电子封装的发展历程回顾【3】
集成电路封装的历史，其发展主要划分为以下几个阶段：
第一阶段，在20世纪70年代之前，以插装型封装为主。包括最初的金属圆形(T0型)封装、后来的陶瓷双列直插封装(CDIP)、陶瓷一玻璃双列直插封装尾气吸收塔(CerDIP)和塑料双列直插封装(PDIP)。尤其是PDIP．由于性能优良、成本低廉又能批量生产而成为主流产品。插装型器件分别通过波峰焊接和机械接触实现器件的机械和电学连接。由于需要较高的对准精度，因而组装效率较低，器件的封装密度也较低，不能满足高效自动化生产的需求。
第二阶段，在20世纪80年代以后，以表面安装类型的四边引线封装为主的表面安装技术迅速发展。它改变了传统的插装形式，器件通过再流技术进行焊接，由于再流焊接过程中焊锡熔化时的表面张力产生自对准效应，降低了对贴片精度的要求，同时再流焊接代替了波峰焊，也提高了组装良品率。此阶段的封装类型如塑料有引线片式裁体(PLCC)、塑料四边引线扁平封装(PQFP)、塑料小外形封装(PSOP)以及无引线四边扁平封装等。由于采用了四面引脚，引线短，引线细，间距小，因此，在很大程度上提高了封装和组装的密度，封装体的电性能也大大提高，体积减小、质量减轻、厚度减小，满足了自动化生产的需求。
表面安装技术被称为电子封装技术的一大突
可控硅焊机第三阶段，在20世纪90年代中前期，集成电路发展到了超大规模阶段，要求集成电路封装向更高密度和更高速度发展．因此集成电路封装从四边引线型向平面阵列型发展．发明了球栅阵列封装(BGA)，堪称封装技术领域的第二次重大突破，并很快成为主流产品。到了90年代后期，电子封装进入超高速发展时期，新的封装形式不断涌现并获得应用，相继又开发出了各种封装体积更小的芯片尺寸封装。也就是在同一时期，多芯片组件(MCM)蓬勃发展起来。MCM将多个集成电路芯片和其他片式元器件组装在一块高密度多层互连基板上，然后封装在外壳内，是电路组件功能实现系统级的基础。可见，由于封装技术的发展越来越趋向于小型化、低功耗、高密度方向发展，目前典型的就是BGA技术和CSP技术。
3 微电子封装链接技术的发展现状
3.1 微电子焊接研究的重要性
微电子元器件制造和电子设备组装中，焊接(或称连接)技术是决定产品最终质量的关键一环。在一个大规模集成电路中，少则有几十个焊点．多则达到几百个焊点，而在巨型计算 机的印刷线路板上焊点数目达到上万。这些焊点中只要有一个焊点失效就有可能导致整个元器件或整机停止工作。有统计数字表明r4】，在电子元器件或电子整机的所有故障原因中．6％以上为焊点失效所造成的。可见焊接(连接)技术是电子工业生产技术中较为薄弱的环节。
3.2 芯片焊接技术【4】
3.21 引线键合技术
引线键合fWB)技术是将芯片YO焊盘和对应的封装体上的焊盘用细金属丝一一连接起来，一次连接一根。引线键合时。采用超声波焊将一根细引线——般是直径25ttm的金属丝的两端分别键合到IC键合区和对应的封装或基板键合区上。这种点到点工艺的一大优点是具有很强的灵活性。该技术通常采用热压、热超声和超声方法进行。热压键合和热超声键合都是先用高压电火花使金属丝端部形成球形。然后在IC芯片上球焊。再在管壳基板上楔焊。故又称球楔键合。其原理是：对金属丝和压焊点同时加热加超声波。接触面便产生塑性变形。并破坏了界面的氧化膜。使其活性化，通过接触面两金属之间的相互扩散而完成连接。球焊条件一为：毛细管键合力小于0．98N．温度150—2000C，毛细管和引线上施加
的超声波频率在60—120kHz。球楔键合在IC封装中是应用最广泛的键合方法。
3.22 截带自动鼍合技术
载带自动焊fTAB)是一种将IC安装和互连到柔性金属化聚合物载带上的lC组装技术。载带内引线键合到IC上，外引线键合到常规封装或PWB上。整个过程均自动完成。为适应超窄引线问距、多引脚和薄外形封装要求，载带自动键合(TAB)技术应用越来越普遍。虽然载带价格较贵．但引线问距最小可达到】50ttm，而且TAB技术比较成熟。自动化程度相对较高。是一种高生产效率的内引线键合技术。
3.23倒装芯片键合技术
倒装芯片键合技术是目前半导体封装的主流技术，是将芯片有源区面对基板键合。在芯片和基板上分别制备了焊盘，然后面对面键合．键合材料可以是金属引线或载带．也可以是合金钎料或有机导电聚合物制作的凸焊点。倒装芯片键合引线短．焊凸点直接与印刷线路板或其它基板焊接．引线电感小．信号问窜扰小。信号传输延时短，电性能好．是互连中延时最短、寄生效应最小的一种互连方法。
倒装芯片技术一般有2个较为关键的：一是芯片的凸焊点的制作．另一个是凸焊点UBM的制作。凸焊点的制作方法有多种，较为常用的有：电镀法、模板印刷法、蒸发法、化学镀法和钏‘头法。其中化学镀法的成本最低．蒸发法成本最高。但是．化学镀法制作的凸焊点存在一个很大的问题：镀层的均匀性比较差。特别是对于Au凸焊点．化学镀镀层均匀性有可能不能满足凸焊点高度容差的求。而钉头法制作Au频率补偿电路凸焊点时．凸焊点下不需要有一多层金属薄膜——焊点下属．即UBM，因而可以大大降低成本．但是．由于钉头法是逐个制作凸点．而且凸点尺寸较大．它仅适用于较少I／O端敬的精油加工设备lC的封装(目前只占市场的0．3％)。因此，且前凸焊点的大批量制作普遍采用电镀法．占70％以上，其次足蒸发法和模板印刷法，除了部分钉头法和化学镀法制作的凸焊点外，凸焊点下都需要UBM。UBM处于凸焊点与铝压焊块之问．主要起粘附和扩散阻挡的作用。它通常由粘附层、扩散阻挡层和漫润层等多层金属膜组成。UBM的制作是凸焊点制作的一个关键工艺．其质量的好坏将直接影响到凸焊点质量、倒装焊接的成功率和封装后凸焊点的可靠性。UBM通常采用电子柬蒸发或溅射工艺．布满整个圆片。需要制作厚金属膜时，则采用电镀或化学镀工艺。与引线键合和自动载带焊相比．由于倒装芯片技术所具有的优点适合于轻、薄、短、小型和多I／O端数JC的封装，倒装芯片技术将会成为微电子封装技术发展的主流。
3.3 电子封装与组装中的焊接技术【5】
微电子焊接一般用锡基钎料的钎焊技术，锡钎焊方法有多种，但适合自动化、大批量生产的主要是波峰焊和再流焊技术。
3.31 波峰焊
波峰焊是通孔插装最常用的焊接方法。组装板一般被放在一夹具上，该夹具夹着组装板通过波峰焊接机，要经历助焊剂的供给、预热区域、焊峰焊接以及与助焊剂类型有关的清洗工艺。在进行波峰焊接时，板的底部刚好碰到钎料，所有元件的引脚同时被焊接。波峰焊有时采用氮气等惰性气体来提高钎料的润湿性能。钎料和板的整个底面接触，但只是没有阻焊剂的板上金属表面才被钎料润湿。
波峰焊技术适合于插装型电子线路的规模化生产，在当前的电子工业中仍具有重要地位，但随着IC电路高密度、小型化的发展，体积更小的表面贴装型电路占的比例越来越大。在焊接形状变化多样、管脚间距极小的元件时，波峰焊技术有一定局限性。与此相应的再流焊技术越来越显示出其重要性。目前波峰焊技术的主要发展方向是适应无铅焊接的耐高温波峰焊。
3.32 再流焊
所谓的再流焊(renow soldering)就是通过加热使预置的钎料膏或钎料凸点重新熔化即再次流动，润湿金属焊盘表面形成牢固连接的过程。常用的再流焊热源有红外辐射、热风、热板传导和激光等。
再流焊温度曲线的建立是再流焊技术中一个非常关键的环节。按照焊接过程各区段的作用，一般将其分为预热区、保温区、再流区和冷却区等4段。预热过程的目的是为了用一个可控制的速度来提高温度，以减少元件和板的任何热损坏。保温主要是为了平衡所有焊接表面温度，使SMA上所有元件在这一段结束时具有相同的温度。再流区域里加热器的温度设置得最高．使组件的温度快速上升至峰值温度．一般推荐为焊膏的熔点温度加20～40℃。而冷却过程使得钎料在退出加热炉前固化，从而得到明亮的焊点并有好的外形和低的接触角度。
目前再流焊工艺中比较成熟的是热风再流焊和红外再流焊。随着免清洗和无铅焊接的要求。出现了氮气焊接技术。适应无铅焊接的耐高温再流焊成为该技术重要的发展方向。
3.33 无铅焊接【6】
随着环境、健康问题成为全球的关注焦点,电子封装材料和工艺面临着向“绿”转变的挑战。此外,随着微细间距器件的发展,组装密度愈来愈高,焊点愈来愈小,而其所承载的力学、电学和热学负荷则愈来愈重,对可靠性要求日益提高。因此,无铅焊料的开发和应用,不仅对环保有利,而且还担负着提高电子产品质量的重要任务。表2比较了不同体系无铅钎料合金的优缺点[8-11]。根据表2可知,在几个候选合金系统中,Sn- Ag- Cu系是新一代代表性焊料,这种合金焊料具有优良的物理性能和高温稳定性,正在世界范围内推广使用,并成为各种无铅焊接工艺中的首选候补焊料。
4 发展趋势【7】渣土车管理系统
在微电子封装技术方面经历了双列直插、四方扁平等阶段。目前球栅阵列封装已经成为主流产品，现在芯片尺寸封装和多芯片组件也在蓬勃发展。今后微电子封装将继续向高性能、高可靠性、多功能、小型化、薄型化、便携式及低成本方向发展，相关的连接技术也必须符合这种发展趋势。在所使用的封装材料方面有金属、陶瓷、塑料。低成本的塑料是应用的主要方向。
5 结论
随着集成电路的发展,未来微电子器件内连接的对象将日趋复杂,尺寸更加微细,焊点间距更加密集,连接工艺将趋于多样化,设备趋于精密化,热源将逐渐由电能向超声能、激光能扩展。芯片封装内部连接方式呈现出由引线向焊球和硅片无焊球连接等非引线方式的趋势，以缩短电气连接路径，提高焊点的质量
参考文献
【1】. 张金勇，武晓耕，白钢. 微电子封装与组装中的微连接
技术的进展【J】.电焊机，2008.9（9）
【2简单的延时电路】 . 张健，杨立军，徐立城，韩蓬勃. 微电子连接技术的发展【J】.Welding Technology, 2007，36(6)
【3】. 鲜飞. 芯片封装技术的发晨趋势【J】. 中国集成电路，2006.2（81）
【4】. 董慧妍. 微电子封装连接技术研究【J】. 中国技术高新企业技术论坛
【5】. 黄卓，张力平，陈星，等．电子封装用无铅焊料的最新进展【J】. 半导体技术，
2006，31(11)：815-818．
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