隨著科技的發(fā)展,智能設(shè)備越來越小型化,半導(dǎo)體器件和組件在各個領(lǐng)域都得到了廣泛的應(yīng)用。特別是在移動設(shè)備、智能穿戴設(shè)備、航空航天等的大量應(yīng)用對其可靠性提出了較高的要求,其中芯片的焊接(粘貼)方式也是對其可靠性非常重要的一個環(huán)節(jié)。
芯片到封裝體的焊接是指半導(dǎo)體芯片與載體(封裝殼體或基片)之間形成牢固的、傳導(dǎo)性或者絕緣性的連接方法。焊接層除了為器件提供機(jī)械連接和電連接之外,還需為器件提供良好的散熱通道。下面將針對芯片的焊接或粘貼方式進(jìn)行一個詳細(xì)的說明。
一、非導(dǎo)電連接
在芯片到封裝體的焊接,有時芯片的背面無需將其電性能引出,因此會用非導(dǎo)電膠黏住芯片起到固定芯片位置的作用。這種非導(dǎo)電膠內(nèi)部主要以高分子樹脂體系為主,添加二氧化硅、氧化鋁、氮化硅等填料來提升材料的導(dǎo)熱性和絕緣性。非導(dǎo)電膠在實際使用的過程中可以通過點膠、絲網(wǎng)印刷等方式進(jìn)行使用,然后通過加熱完成樹脂體系固化之后將芯片與基材焊接在一起。
二、導(dǎo)電膠連接
芯片封裝中還有一種是要形成牢固的、傳導(dǎo)性的連接方法,即導(dǎo)電互聯(lián)。導(dǎo)電互聯(lián)的方式也很多種,如導(dǎo)電膠連接、金屬連接等。
導(dǎo)電膠是指在高分子樹脂粘合劑中添加了導(dǎo)電的金屬顆粒來實現(xiàn)其導(dǎo)通功能。在這中高分材料中,環(huán)氧樹脂是最經(jīng)常使用的。環(huán)氧樹脂是穩(wěn)定的線性聚合物,在加入固化劑后,環(huán)氧基打開形成羥基并交鏈,從而由線性聚合物交鏈成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)而固化成熱固性塑料。其過程由液體或粘稠液→凝膠化→固體。固化的條件主要由固化劑種類的選擇來決定。而其中摻雜的金屬含量決定了其導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能的好壞。
導(dǎo)電銀漿是當(dāng)前最流行的芯片粘貼方法之一,它所需的固化溫度低,這可以避免熱應(yīng)力,但有銀遷移的缺點。導(dǎo)電膠因其操作過程中載體不須加熱,設(shè)備簡單,易于實現(xiàn)工藝自動化操作且經(jīng)濟(jì)實惠而得到廣泛應(yīng)用,尤其在集成電路和小功率器件中應(yīng)用更為廣泛。但是使用導(dǎo)電膠的器件熱阻和電阻都很高。樹脂在高溫下容易分解,有可能發(fā)生填料的析出,在粘貼面上只留下一層樹脂使該處電阻增大。因此它不適于要求在高溫下工作或需低電阻的器件。另外,導(dǎo)電銀膠的機(jī)械強(qiáng)度遠(yuǎn)不如共晶焊接強(qiáng)度大。
三、焊錫(粘接)設(shè)備
芯片屬于高精密設(shè)備,精度要求通常達(dá)到0.1-0.3mm左右,甚至更低,人工是無法完成焊接,需要借助精密噴射點膠設(shè)備完成。歐力克斯在線式噴射
錫膏焊錫機(jī),精度可達(dá)0.2-0.3mm,最高頻率50Hz,最小噴點直徑0.2mm,最小畫線直徑0.3mm,最小錫膏量為1nL。
芯片通常采用環(huán)氧樹脂封裝,焊接。環(huán)氧樹脂光固化倒裝焊法這是一種微米凸點倒裝焊接,與一般的FCB不同的地方在于,它是利用光敏樹脂固化時產(chǎn)生的收縮力來將凸點與基板上的金屬焊區(qū)牢固地互連在一起的,因此環(huán)氧樹脂光固化不是“焊接”,而只是“機(jī)械接觸”。這種FCB也稱作機(jī)械接觸法。其工藝步驟為:在基板上涂光敏樹脂→芯片凸點與基板金屬焊區(qū)對位貼裝→加紫外(UV)光并且加壓進(jìn)行光固化,從而完成芯片的倒裝焊過程。