高可靠厚膜混合集成电路工艺研究

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与一 般 无 源 元 件 端 头 焊 接 面 积 小 、 接 面 较 高 焊
求( 见表 1 , ) 进行了几种键合方式工艺可靠性对
比研究( 说明: 一般芯片键合 区只适合 q 5 , b p 2 m键 合丝键合 , 次试验选取的键合 丝为 q 5 n金 本 b  ̄ 2 丝或硅铝丝)几种工艺过程如下 , , 可靠性对 比见
件 与基 板 的焊 接 , 艺过 程 中使 用助 焊剂 。 工 () 2 元件 共 晶工 艺 : 于 两种 或 两 种 以上 金 对
H级混合 电路粘片工艺主要过程为, 无源元件 采用导电环氧粘片及绝缘环氧树脂侧面加 固工艺, 有源元件多芯片采用导 电环氧或绝缘环氧粘片工 艺。其主要特点是采用柔性有机环氧粘接工艺 , 但
再流焊是较理想选择; 采用金 一 铝 一 金、 钯银键合
方 式实 现键合 互 连 ; 选用 真空/ 气氛炉加 压共 晶焊 实 现衬底 与 金 属外 壳 底 座粘 接 。试 验表 明 , 用 采 新 的工艺 及流 程 , 完全 满 足 亚宇 航 级 的指 标 要 可
求。 参考 文献
4 结束 语
第 0 第l 3卷 期
分 析及 结论 : 常规再 流 焊 工 艺在 空 洞 率、 接 一 致 性、 焊

3 1 工艺流 程 .
3 5
适合 K 级常规混合电路的工艺流程如图 8 1 。
3 2 工艺流 程设计 考虑 .
PN ID合格率方面都不及共晶焊 , 因此 , 选用真空/ 气氛炉加压法共晶焊工艺实现衬底与金属外壳底
X光射线检查 按 G B5 8方法 2 1 ,0 % 检查 , J 4 0 2 10 有效 粘接 无 要求 面积不小于 7 % 5
2 关键 工 艺研 究
2 1 元件焊 接 工艺 .
() 1 元件 再 流焊 工 艺 : 要采 用 钢 网 印刷 焊 主
膏到成膜基板上 , 放置元件后 , 利用再流焊实现元
2 2 键 合 工艺 .
() 一 3 金 金键合 : 采用金丝球键合方式 , 实现 金丝 与金导带 、 引线柱金键合 区或裸 芯片金 外
P D 区互 连 ; A
H级 电路键合 工艺 主要方式为 , 采用金 一铝 键合方式实现金丝与芯片铝 P D区互连 ; A 采用金

() 一 4 铝 钯银键合 : 采用硅铝丝楔形键合方 式, 实现硅铝丝与钯银导带键合区互连 ; ( ) 一铂银键合 : 5铝 采用硅铝丝楔形键合方 式 , 现硅 铝丝 与铂银 导带 键合 区互连 。 实
第3 0卷第 1 期 2 1 年 3月 02

§
V I3 N . o. 0 o1 M8 . O 2 r2 l
J CHENGDI I ANLU ONGXUN T
高 可 靠 厚 膜 混 合 集 成 电 路 工 艺 研 究
李 波
( 方通 用 电子集 团有 限公 司微 电子部 蚌埠 北 2 34 ) 30 2


根据亚宇航级( 1 ) K 级 的标准要 求, 进行 了元件焊接 、 键合、 衬底焊接等工艺研 究, 解决 了
多芯片真空 气氛炉共晶焊、 / 无源元件再流焊、 一 金 金键合、 一 铝 钯银键合 的高可靠性互连 , 以及真空 气 /
氛加压共晶焊的高可靠粘接的工艺难题 , 形成 了先高温后低温的的工艺加工流程 , 达到 了预期的 目的。
温 焊接 的原则 设计 工艺 流程 , 计 如下 。 设
焊温度高于多芯片共 晶焊温度时, 多芯片共 晶则 应该在衬底共 晶后进行) ;
( ) 芯 片共 晶 可 采 用 常 规 S9 A 4 熔 点 2多 n6 g (
图8 K 1级 混 合 电 路 常 规 工 艺 流 程
20 ) A 8S2 ( 点 20 ) u8 e2 2 ℃ 、u0 n0 熔 8 ℃ 、A 8 G 1 (熔
工 艺进行 大 幅度 改进 , 立 了新 的工 艺 方法 和工 建
点 36 ) A 9 S ( 点 30C)预 制 焊 片 共 5 ℃ 或 u7 i 熔 3 7 ̄
艺流程。多芯片焊接, 采用真空/ 气氛炉烧结法是
大 批量 生产 的首 要选 择 ; 源 元 件焊 接 采用 常规 无
晶, 但焊接前裸芯片应背 面金属化 ( 溅射多层金
扣 ■ 和 + + 叶叶
扣 和 + 和 + 和 和 扣 + 扣 扣 和 扣 扣 扣 和 扣 和 扣 ■ + + 扣 + 扣 扣 扣 叶 叶 叶 叶叶 叶
联 电 与 A M 携 手并 进 2 R 8纳 米 制程 时代
晶 圆代 工 大 厂 联 华 电子 ( MC。 下 简 称 联 电 ) 处 理 器 核 心 供 应 商 A M 共 同 宣 布 。 发 已 签 订 长 U 以 与 R 双
破坏性拉 力失 效模式 均 未见脱 键 ( 典 必 须 通 过
键合可焊性较好
要求
满足 3 0g . f
( 丝键合金 P D) 金 A 铝一 钯银键合
键合可焊性较好
要求 满足 2 5 .d
型图片略 ) 10 ,0 %键合 丝能满 足 2 5 " 0 ℃ 、 4 . 0 3 0 2 h 的标 准要求 的 高 温 贮 破坏性拉 力失 效模 式均 未见 脱键 ( 典 存考核

粘接材料 键 合
K 1 级
H 涉的工 级 及关艺 到键
有机/ 聚合材料不限 元 件组装 工艺 、 衬底 与外 壳底座组装工艺 键合工艺 元件组装工 艺 、 衬底与 外 壳底座组装工艺
禁止在封装内部采用有机/ 聚合材料 禁止在芯片上采用不同金属材料 键合 ( 如果
必须用到金 一铝键 合 , 须通 过 3 o 、4 键 合方式不 限 必 0℃ 2h 的高温贮存考核)
金键合方式实现金导带键合 区、 外引线金键合
区或裸 芯片金 P D区与 金丝互 连 。根据 K 级 要 A 1
表 3 几种键合方式对 比
实 现键合难 度 键 合 方 式 \
筛选前 最小强皮 满足 3 0g . f
筛选后最小强度 ( 选条件 : 筛 高温贮存 3 0C、4 ) 0  ̄ 2 h 破坏性拉 力失 效模 式均 为脱 键 ( 型 典 图片如 图 4 ,o 以上键 合 丝不能 满 )6%
关 键词 K l级 混合 集成 电路 元件 焊接 键合 衬 底焊接
1引言
H级军标质 量认 证生产线 , 要达到“ 天专 航 项工程 用 电子 元器件 的要求 ” 规定 的亚 宇航级 艺方法 。
誓 票 鬣
需要对关键性工艺进行大幅度改进或建立新的工
表 I H级与 K l级的关键 性不 同要 求
的标 准要求
分析及结论 : () 1 无论金丝键 合铝 P D还是铝 丝键合 金 A P D或铝丝键合铂银 P D 筛选后最小键合强度 A A ,
不合格的原因, 一般认为在高温下键合界面产生了 金属间化合物( Baidu Nhomakorabea铝 、 金铂化合物) 所致。金 一 铝、
铝一 铝一 金、 铂银键合均不能满足 K 级的要求。 l
属 )并 保证镀 层具 有足 够 的厚 度 ; , ( ) 膜混 合 电 路 成 膜 基 板较 大 , 选 择 上 3厚 在 述 共 晶焊片 时 , 尽量 选择 热膨胀 系数 较小 的焊 片 , 避 免热应 力造 成基板 裂 纹或脱 落等 隐患 ; () 4 无源元 件再 流 焊 , 一般 选 择 常规 、 熟 的 成 S6 P 3A 2 熔 点 10℃) 流 焊工艺 。 n 2 b6 g ( 8( 再
来优质 的技术 与 支援 。
《 集成 电路通讯》 编辑部

表 3 。
() 一 1 金 铝键合 : 采用金丝球键合方式 , 实现 金丝与铝 P D区( A 常规芯片键合区) 的金丝互连 ; () 一 2 铝 金键合 : 采用硅铝丝楔形键合方式 ,
实现 硅铝 丝与 与金导 带互连 ;
( 基板与元件之间缝 隙大) 焊剂和气孔易排除有 , 关, 因此 , 无源元件焊接采用常规再流焊是较理想 选择。
聚合材料的要求, 只能进行金属共熔 焊接, 为 此, 进行了元件常规再流焊或焊片共晶焊工艺 研
与成膜基板焊接则称为元件共晶焊, 一般采用镊
子摩擦 共 晶焊法 和真空/ 气氛炉 烧 结法 。
究, 工艺过程原理如下, 其优缺点对比见表 2 。
第O 第 期 3卷 1
萋 篆
瓣萋
3 3
期 协 议 。 提 供 联 电客 户 使 用 经 联 电 2 将 8纳 米 HP 制 程 验 证 的 A M RMAr sn h sc l t a P y ial i P解 决 方 案 。
联 电 的 2 纳 米 HP 制 程 。 对 广 泛 的 应 用 产 品 , 含 手 提 式 产 品 , 是 手 机 与 无 线 产 品 等 。 及 高 8 M 针 包 像 以 效 能 应 用 产 品 。 是 数 位 家庭 和 高 速 网 路 产 品 等 。 结 合 了两 家 公 司 的 优 势 , 次 合 作 将 会 为 双 方 客 户 带 像 此
属构成的二元或多元合金 ( 通常是二元或三元 ) , 其单种金属的熔点可能很高 , 但不同金属按一定
比例配 比所形成合金 的熔点却可 以明显降低 , 这 时的合金则 称为共 晶合 金, 惰性气 体保护下 在
( 一般为高纯氮气 ) 利用共晶合 金片进行 的元件
根据 K 级混合 电路关于禁止在封装 内部采用有 1
( 铝丝键合钯银 P D 键合可焊性较差 A )
铝一 铂银键合 ( 铝丝键合铂银 P D A) 键合可焊性较好
要求
满足 2 5 " .0 要求
型图片 如 图 6 ,0 %键 合 丝 能 满 足 ) 10
2o .d的标准要求 破坏性拉 力失 效模 式均 为脱 键 ( 型 典 图片略 ) 10 ,0 %键合丝 不能满 足 2 o . d
为满足航天专项工程用电子元器件亚宇航级
的要求 , H级 军 标 生产 线 的基 础 上 , 在 对关 键性
1 [ Jme JLcrLoadR E l 美]a s .ia enr . no i w著 .
朱瑞廉 译. 混合微 电子 电路技 术手册 [ . M] 电子
工业 出版社 .04 1 20 .
足 25 " . 0 的标 准要求
K 1级主要 考核要求
金 一铝键合 ( 丝键合铝 P D) 金 A 铝 一金键合 ( 铝丝键合金 P D) A
金 一金键 合
键合可焊性较好
要求 满足 2 5 f . g
破坏性拉 力失 效模 式均 为脱 键 ( 型 典 图片如 图 5 ,0 以上键 合丝 不能 满 ) 1% 足 2o . d的标准要求 键 合 强 度
() 2 无源元件再流焊试验表明 , 尺寸不 同、 品 种繁多的无源元件共晶时很难实现理想焊接 , 且 国内外均采用常规锡焊工艺 , 未见过共晶焊接的 报道, 而采用传统锡焊焊接后 , 虽然 x光无法穿 透很多元件 ( 如对常用多层陶瓷 电容) 检测 空洞 率, 但通过机械方法分立焊接元件和焊接面, 在体 式显微镜下检测其无明显空洞 , 焊接效果明显 , 这
座 粘接 。
( ) 艺 流 程按 照先 高 温后 低 温 的原 则 , 1工 一 般 涉及 三个 温度梯 度 , 即多芯 片共 晶到衬底 共 晶 , 再 到无 源 元 件再 流 焊 ( 上述 流 程 中 , 当衬 底 共 晶
3 工 艺流程 设 计
根据关键工艺研究的成果 , 结合先高温后低
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