电子产品一直趋向体积细小及轻巧,同时包含更多功能而又有更快速的运作效率。为了达到以上要求,电子封装工业便发展出多样化及先进的封装技术及方法,使之能在同一块线路版上增加集成电路(IC)的密度,数量及种类。 增加封装及连接密度推动封装方法从通孔技术(THT)到面装配技术(SMT)的演化,它导致了更进一步的应用打线接合的方法(Wire bonding)。缩小了的连接线间距和应用芯片尺寸封装技术(CSP),使得装置的密度增大,而多芯片组件市场经济的特征(MCM)及系统级封装技术(SiP)使得在同一芯片上嵌入更多功能从不可能变成现实。 至今,当半导体工业多年来从缩小线宽来致力于增进装置的性能时,很少有涉及这样的想法,也就是在一个电子系统中,装置间应该通过包含这个系统的封装来传递信息。大量的I/O需求及讯号传送质量已成为半导体工业重要考虑的因素,无论在IC内部的连接或把装置封装在线路版上,为了达到可靠的连接,封装过程的要求及线路版最终表面处理技术同样重要。 本文章描述影响连接可靠性的主要因素,尤其侧重在打金线接合的应用中表面处理的性能。
表面处理打线接合的选择
虽然电镀镍金能提供优良的打金线接合的性能,它有着三大不足之处,而每一不足之处都阻碍着它在领先领域中的应用。
⏹ 较厚的金层厚度要求使得生产成本上升。背包问题论文
⏹ 在通常所用的厚的金层情况下,由于容易产生脆弱的锡金金属合金化合物(IMC),焊点之可靠性便下降。而为了增加焊点之可靠性,可在需要焊锡的地方使用不同的表面处理,然而却会造成生产成本上升。
⏹ 电镀工艺要求使用导线连通每个线路,这样就限制了封装载板的最高线路密度。
因为这些限制,使用化学镀的优势表露出来。化学镀的技术包括化学镀镍浸金(ENIG),化学镀镍化学镀金(ENEG)及化学镀镍钯浸金(ENEPIG)。
在这三种选择中,ENIG是基本上不用考虑的,因为它不具备提供高可靠性打金线接合的工艺条件(尽管它被用在不重要的消费产品的应用中),而ENEG具有和电镀镍金同样高的生产成本,在制程方面亦充满了复杂性的挑战。
当化学镀镍钯浸金(ENEPIG)在90年代末出现时,但因为2000年时,钯金属价格被炒卖到不合理的高位,使ENEPIG在市场上的接受延迟了。但是,ENEPIG能够解决很多新封装的可靠性问题及能够符合ROHS的要求,因此在近年再被市场观注。
除了在封装可靠性的优势上, ENEPIG的成本则是另一优势。当近年金价上升超过US$800/oz,要求厚金电镀的电子产品便很难控制成本。而钯金属的价格(US$300/oz)则相对于金价来说远低于一半,所以用钯代替金的优势便显露出来。
表面处理的比较
在现在的市场,适合用在线路板上细小引脚的QFP/BGA装置,主要有4种无铅表面处理
⏹ 化学浸锡(Immersion Tin)癣螨净
⏹ 化学浸银(Immersion Silver)
⏹ 有机焊锡保护剂(OSP)
⏹ 化学镀镍浸金(ENIG)
下表列举出这4种表面处理跟ENEPIG的比较。在这4种表面处理中,没有一种表面处理能满足无铅组装工艺的所有需求,尤其贾耀斌是当考虑到多重再流焊能力、组装前的耐储时间及打线接合能力。相反,ENEPIG却有优良耐储时间,焊点可靠度,打线接合能力和能够作为按键触碰表面,所以它的优势便显示出来。而且在置换金的沉积反应中,化学镀钯层会保护镍层防止它被交置换金过度腐蚀。
表 1 – 不同表面处理性能之比较
当考虑到表面处理在不同组装方法上的表现,ENEPIG能够对应和满足多种不同组装的要求。
表 2 – 不同表面处理对不同组装方法之表现
打金线接合可靠性的比较
在相同打线接合的条件下(用第二焊点拉力测试2nd bond pull test),ENEPIG显现出跟电镀镍金相约的打金线接合可靠性。
| 结果 |
| 可靠性测试 | 测试环境 | 电镀镍金 | ENEPIG |
华南城刘晓东1 | 现状 | 镀之后 | 轻微地高于平均拉力 > 9g | 平均拉力 > 8g |
2 | 在打线接合后把样本放在150大豆糖蜜oC烤箱烘烤4小时 | 加速老化打线接合 | 轻微地高于平均拉力 > 8.5g | 平均拉力 > 8g |
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