广工微电子封装期末考试复习

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1、微电子封装技术中常用封装术语英文缩写的中文名称: DIP: 双列直插式封装 QFP(J):四边引脚扁平封装 PGA: 针栅阵列封装 PLCC: 塑料有引脚片式载体 SOP(J):IC 小外形封装 SOT: 小外形晶体管封装 SMC/D:表面安装元器件 BGA: 焊球阵列封装 CCGA:陶瓷焊柱阵列封装 KGD: 优质芯片(已知合格芯片) CSP: 芯片级封装 WB: 引线键合 TAB: 载带自动焊 FCB: 倒装焊 OLB: 外引线焊接 ILB: 内引线焊接 C4: 可控塌陷芯片连接 UBM: 凸点下金属化 SMT: 表面贴装技术 THT: 通孔插装技术 COB: 板上芯片 COG: 玻璃上芯片 WLP: 晶圆片级封装 C: 陶瓷封装 P: 塑料封装 T: 薄型 F: 窄节距 B: 带保护垫 2、微电子封装的分级: 零级封装:芯片的连接,即芯片互连级 一级封装:用封装外壳将芯片封装成单芯片组件和多芯片组件 二级封装:将一级封装和其他组件一同组装到印刷电路板(或其他基板)上 三级封装:将二级封装插装到母板上 3、微电子封装的功能: 1) 电源分配:保证电源分配恰当,减少不必要的电源消耗,注意接地线分配问题。 2) 信号分配:使信号延迟尽可能减小,使信号线与芯片的互连路径及通过封装的 I/O 引出 的路径达到最短。 3) 散热通道:保证系统在使用温度要求的范围内能正常工作。 4) 机械支撑:为芯片和其他部件提供牢固可靠的机械支撑,能适应各种工作环境和条件的 变化。 5) 环境保护:保护芯片不被周围环境的影响。 4、微电子封装技术中的主要工艺方法: (1)芯片粘接。 1) Au-Si 合金共熔法 2) Pb-Sn 合金片焊接法 3) 导电胶粘接法 4) 有机树脂基粘接法 (2)互连工艺: WB:主要的 WB 工艺方法;热压超声焊主要工艺参数、材料: WB 工艺方法:热压焊、超声焊和热压超声焊(也叫金丝球焊) 热压超声焊主要工艺参数: 1.热压焊的焊头形状----楔形,针形,锥形 2.焊接温度 3.焊接压力---0.5 到 1.5N/点。4.超声波频率 材料:Au 丝(主要) ,Al 丝,Cu 丝 TAB:内、外引线焊接主要工艺参数、载带的分类: TAB 内、外引线焊接主要工艺参数:焊接温度(T) ;焊接压力(P);焊接时间(t); 载带的分类:单层带、双层带、三层带和双金属带

Dk t 源自文库 k d
式中:Dk: 电流密度(A/dm2); t: 电镀时间(h); η: 电流效率; k: 电化当量(g/A.h); d: 电镀金属密度(g/cm3)。
若δ用 um 作单位,则η的取值应去除百分号 (4)芯片凸点的组成及各部分的作用。 1.Al 膜: 作为芯片焊区 2.粘附层金属: 使 Al 膜和芯片钝化层粘附牢固 3.阻挡层金属: 防止最上层的凸点金属与 Al 互扩散,生成金属间化合物 4.凸点金属: 导电作用 (6)组装工艺: 波峰焊工艺: ①波峰焊工艺步骤; 装板→涂覆焊剂→预热→焊接→热风刀→冷却→卸板 ②波峰焊设备的组成; 传送装置、涂助焊剂装置、预热器、锡波喷嘴、锡缸、冷却风扇等 ③波峰焊接中常见的焊接缺陷; 1.拉尖,2.桥连,3.虚焊,4.锡薄,5.漏焊(局部焊开孔) ,6.印制板变形大, 7.浸润性差,8.焊脚提升 ④波峰焊单班生产产量的计算。 波峰焊机的几项工艺参数:带速、预热温度、焊接时间、倾斜角度之间需要互相协调、反复 调节,其中带速影响到生产量。
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在大生产中希望有较高的生产能力, 通常各种参数协调的原则是以焊接时间为基础, 协调倾 角与带速,焊接时间一般为 2~3s,它可以通过波峰面的宽度与带速来计算。反复调节带速 与倾角以及预热温度,就可以得到满意的波峰焊接温度曲线。 设 PCB 的长度为 L(与边轨平行边的长度),PCB 之间间隔为 L1,传递速度为 V,停留时间 为 t,每小时产量为 N,波宽为 W,则传动速度为: V = W/t N = 60V/(L+L1) 例:一台波峰焊机波峰面宽度为 50mm,停留时间为 3s,现焊接 400mm×400mm,PCB 间 距 100mm,求单班(工作时间 7h)产量。 先计算带速: 带速 = 0.05/(1/20) = 1m/min 则:单班产量 = 7×60×1/(0.4+0.1)= 840 块 再流焊工艺: ①再流焊工艺步骤; 滴注/印制钎料膏 → 放置表面贴装元件 → 加热再流 ②再流焊炉加热方式类别; (1)红外再流焊 (2)气相再流焊 (3)激光再流焊 (4)红外/热风再流焊 ③单面采用贴片式元器件的工艺流程; 印刷焊膏-----贴装元件(QFP 片状元件)-----再流焊------清洗 ④单面混装(插装式和贴片式元器件混装)的工艺流程; 涂敷粘结剂-----表面安装元件------固化---------翻转-------插通孔元件------波峰焊------清洗 ⑤双面混装(插装式和贴片式元器件混装)的工艺流程; 先做 A 面: 印刷焊膏-----贴装元件(QFP 片状元件)-----再流焊------翻转 再做 B 面: 点贴片胶-----表面贴装元件-----加热固化-------翻转 补插通孔元件后再波峰焊-------插带通孔元件(DIP 等)------波峰焊------清洗 ⑥双面都采用贴片式元器件的工艺流程; 通常先做 B 面: 印刷焊膏-----贴装元件(QFP 片状元件)-----再流焊------翻转 再做 A 面: 印刷焊膏-----贴装元件(QFP 片状元件)-----再流焊-----检查-----清洗 ⑦表贴式元器件在安装过程中形成的焊接不良和缺陷; 偏移(侧立)和立碑,吸嘴干涉到其它元件 锡球,立碑,吹孔,空洞,元器件移位及偏斜,焊点灰暗,浸润性差,焊后断开,焊料不足, 焊料过量。 ⑧BGA 在安装焊接时焊球与基板焊接过程中常见缺陷。 1)桥连 2)连接不充分 3)空洞 4)断开 5)浸润性差 6)形成焊料小球 7)误对准 5、典型封装的内部结构图和各组成部分名称: TO 型、DIP 型、SOP(J)、QFP(J)、(C)BGA、WB、TAB、FCB、MCM、PLCC 等。 FCB 型:
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QFP 型:
PLCC 型:
TO 型: 金丝引线
粘结剂
引脚
DIP 型:
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SOP 型:
WB 型:
CBGA 型:
TAB 型:
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MCM 型:
6、封装可靠性分析: (1)铝焊区上采用 Au 丝键合,对键合可靠性的影响及解决对策。 1.对于 Al-Au 金属系统, 焊接处可能生成的金属间化合物就有 Au2Al、 AuAl、 AuAl2、 Au4Al、 Au5Al 等——脆性,导电率较低,长期使用或遇高温后,可能出现压焊强度降低及接触电阻 变大等情况,导致开路或电性能退化; 2.Au-Al 压焊还存在所谓的“柯肯德尔效应”——接触面上造成空洞:在高温下,Au 向 Al 迅速扩散而形成 Au2Al(白斑) 。 防止方法:尽可能避免在高温下长时间压焊,器件使用温度尽可能低。 (2)塑料封装器件吸潮引起的可靠性问题。 由于塑封器件吸潮,会使器件的寿命降低。显然,吸湿量越多,水汽压就会越高,器件寿命 就越短。由于塑封器件是非气密性封装,还会受到生产环境中的污染物(如 Na+)、塑封料残 存的离子性杂质(如 Cl-等)的影响。特别是 Cl-及湿气浸入器件后,将会对芯片的 Al 电极产生 局部腐蚀,形成疏松、脆性的 Al 化合物。湿气和 Cl-对 Al 的不断腐蚀作用,使 Al 电极不断 恶化,导致电参数变得越来越差,最终会导致器件开路而失效。 (3)塑料封装器件吸潮引起的开裂问题:开裂机理、防止措施。 开裂机理: 1. 开裂机理描述 塑封开裂过程分为(1)水汽吸收聚蓄期、 (2)水汽蒸发膨胀期和(3)开裂萌生扩张期三个 阶段, 2. 引起开裂的多种因素 水汽是引起塑封器件开裂的外部因素, 而塑封器件结构所形成的热失配才是引起塑封器件开 裂的根本性内在因素。 3. 封装的水汽吸收与相对湿度密切相关 封装的水汽吸收与环境相对湿度密切相关, 封装贮存期吸收的水汽也与贮存环境的湿度有关 防止措施: 1. 从封装结构的改进上增强抗开裂的能力 2. 对塑封器件进行适宜的烘烤是防止焊接时开裂的有效措施 3. 合适的包装和良好的贮存条件是控制塑封器件吸潮的必要手段 (4)波峰焊焊接表面贴装式元器件产生问题及解决方法。 1. 于 A 处,钎料波峰与元件端面形成封闭的空间,于是接头内形成气孔; 2. 于 B 处,元件脱离时对钎料波峰面形成阴影,造成钎料不足; 3. 元件也受到与接头同样温度的加热,造成破裂或损坏。 解决方法:使用双波峰焊。即增加一个湍波,改单波峰为双波峰。
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FCB:工艺方法,各工艺方法的关键技术: FCB 工艺方法: 1、热压 FCB 法 2、再流 FCB 法 3、环氧树脂光固化 FCB 法 4、各向异性导电胶 FCB 法 各工艺方法的关键技术: 1.热压 FCB 法: 高精度热压 FCB 机,调平芯片与基板平行度; 2.再流 FCB 法: 控制焊料量及再流焊的温度; 3.环氧树脂光固化 FCB 法: 光敏树脂的收缩力及 UV 光固化; 4.各向异性导电胶 FCB 法: 避免横向导电短路 UV 光固化。 (3)常用芯片凸点制作方法;电镀法制作芯片凸点有关计算:公式、公式中各参数的含义、 单位、电镀时间的计算。 常用芯片凸点制作方法: (1)蒸发/溅射法; (2)电镀法; (3)化学镀法; (4)打球法; (5)激光凸点法; (6)置球和模板印刷法; (7)移植凸点法; (8)叠层法; (9)柔性凸点法; (10)喷射法 电镀法制作芯片凸点有关计算:公式、公式中各参数的含义、单位、电镀时间的计算:根据 对凸点高度的要求不同,电镀时间也不同。根据电解定律,镀层厚度δ为:
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