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由于pb對(duì)人體及環(huán)境的危害，在不久的將來必將禁止pb在電子工業(yè)中的使用。為尋求在電子封裝工業(yè)中應(yīng)用廣泛的共晶或近共晶snpb釬料的替代品，國(guó)際上對(duì)無pb釬料進(jìn)行了廣泛研究。其中，共晶snag和共晶snagcu釬料作為潛在的無pb釬料，具有剪切強(qiáng)度、抗蠕變能力、熱疲勞壽命好等特點(diǎn)。 在焊接過程中，熔融的釬料與焊接襯底接觸時(shí)，在界面會(huì)形成一層金屬間化合物(imc)。其形成不但受回流焊接過程中溫度、時(shí)間的控制，而且在后期的服役過程中其厚度也會(huì)隨著時(shí)間的延長(zhǎng)而增加。研究表明界面上的金屬間化合物是影響焊點(diǎn)可靠性的一個(gè)關(guān)鍵因素。過厚的金屬間化合物層會(huì)導(dǎo)致焊點(diǎn)斷裂韌性和抗低周疲勞能力下降，從而導(dǎo)致焊點(diǎn)可靠性的下降。由于無鉛焊料和傳統(tǒng)的snpb焊料的成分不同，因此它和焊接基板如cu、ni和agpd等的反應(yīng)速率以及反應(yīng)產(chǎn)物就有可能不同，從而表現(xiàn)出不同的焊點(diǎn)可靠性。 本所全面而系統(tǒng)地研究了sn96.5ag3.5、sn95.5ag3.8cu0.7和sn95sb5等無鉛焊料和多種基板及器件所形成表面貼裝焊點(diǎn)的可靠性，現(xiàn)就一些研究成果做一簡(jiǎn)要介紹。 無鉛焊料與au
。印刷工藝之后，要在高于焊料熔點(diǎn)20℃的溫度下進(jìn)行回流，然后再進(jìn)行清洗和凸點(diǎn)檢查。 ubm必須與新的焊料相匹配，采用化學(xué)鍍鎳工藝。晶圓加工是在一序列的化學(xué)池中進(jìn)行的，在焊點(diǎn)清洗之后，緊接著進(jìn)行的工藝包括：鋅酸鹽處理，表面活性化處理，鎳（5mm）的淀積，金層的生長(zhǎng)。該項(xiàng)工藝為fraunhofer izm與柏林技術(shù)大學(xué)合作開發(fā)。采用化學(xué)鍍鎳工藝的ubm穩(wěn)定性好，良率高，已被廣泛使用。 焊膏印刷需要使用小間距模板、能適應(yīng)微細(xì)間距要求的焊膏，以及優(yōu)化的印刷參數(shù)。焊膏供應(yīng)商已經(jīng)生產(chǎn)了幾種無鉛焊膏，包括snag3.5、snagbixx和sncu0.9。sn95.5ag4cu0.5是共晶鉛焊料的替代品，工藝良率成功通過了與snpb的對(duì)比測(cè)試。滾刷速度、模板剝離和檢查條件將決定產(chǎn)量。使用厚度為80mm的模板，能實(shí)現(xiàn)~110mm的凸點(diǎn)高度。 使用snagcu0.5焊膏時(shí)，熔點(diǎn)溫度由183上升到217℃，相應(yīng)的回焊爐的溫度設(shè)置也需從~205 上升到 235℃，典型的回流焊環(huán)境是使用氮?dú)?，它可以將氧化降到最小程度?同時(shí)，為了確保良好的工藝控制，必須對(duì)凸點(diǎn)制備中的晶圓實(shí)施自動(dòng)檢測(cè)。最新的研究顯示對(duì)凸點(diǎn)實(shí)施非
屬化過程。接著，在溫度為高于焊料熔點(diǎn)溫度大約20℃的狀況下，通過回流焊完成印刷技術(shù)工藝過程，再進(jìn)行清洗和最后的凸點(diǎn)檢查。凸點(diǎn)下金屬化(ubm)過程需要與新的焊料材料相符，并通過化學(xué)鍍鎳工藝來完成。按照次序在化學(xué)電鍍槽中處理晶圓片，接著，用鋅酸鹽進(jìn)行焊盤清洗，以便激活表面、鎳鍍層(5μm)和浸液金層。化學(xué)鍍鎳凸點(diǎn)下金屬化(ubm)過程是當(dāng)今在世界范圍被使用的構(gòu)成良好的、高效率的過程。焊料印刷技術(shù)需要細(xì)間距的漏印板、適合于細(xì)間距的應(yīng)用和最佳化印刷參數(shù)的焊膏。由焊膏供應(yīng)商提供的幾種適合的無鉛化焊料包括snag3.5、snagbixx和sncn0.9。用于低共晶錫鉛焊料替代品的主要選擇物之一為sn955ag4cu0.5，在過程效率可與錫鉛焊料相比的情況下，進(jìn)行了成功的試驗(yàn)。刮板速度、漏印板擦拭要求和檢查決定了產(chǎn)量。獲得的典型的漏印板厚度為80μm，凸點(diǎn)高度大約為110μm。熔化溫度方面的差異，就snagcu0.5而言，從183℃增加到了217℃，在回流爐的熱曲線中反映為從大約205℃增加到235℃。典型狀況下，為了確保最小的再氧化狀況，回流焊氣氛為氮?dú)?。此外，為了確保高水平的過程控制，須采用自動(dòng)化光學(xué)
技術(shù)。目前主要的替代方法是使用免 洗助焊劑，將元件浸蘸在助焊劑薄膜里讓元件焊球蘸取一定量的助焊劑，再將元件貼裝在基板上，然后回流焊接 ，或者將助焊劑預(yù)先施加在基板上，再貼裝元件與回流焊接。助焊劑在回流之前起到固定元件的作用，回流過程 中起到潤(rùn)濕焊接表面增強(qiáng)可焊性的作用。倒裝晶片焊接完成后，需要在元件底部和基板之間填充一種膠（一般為 環(huán)氧樹脂材料）。底部填充分為基于“毛細(xì)流動(dòng)原理”的流動(dòng)性和非流動(dòng)性（no－follow）底部填充。 上述倒裝晶片組裝工藝是針對(duì)c4元件（元件焊凸材料為snpb，snag，sncu或snagcu）而言的。另外一種工藝是 利用異性導(dǎo)電膠（acf）來裝配倒裝晶片。預(yù)先在基板上施加異性導(dǎo)電膠，貼片頭用較高壓力將元件貼裝在基板 上，同時(shí)對(duì)元件加熱，使導(dǎo)電膠固化。該工藝要求貼片機(jī)具有非常高的精度，同時(shí)貼片頭具有大壓力及加熱功能 。對(duì)于非c4元件（其焊凸材料為au或其他）的裝配，趨向采用此工藝。這里，我們主要討論c4工藝，表1列出的 是倒裝晶片的焊凸材料與基板連接的幾種方式。 表1 倒裝晶片的焊凸材料與基板連接方式 倒裝晶體裝配工藝流程如圖2和圖3所示。 圖1
qfp、tqfp、lqfp、soj、sop、tsop ni-au lga fujitsu sn-bi qfp、sop hitachi sn-bi qfp、sop panosonic ni-pd-au、sn-bi qfp、tqfp、lqfp、hqfp、qfj、soj 日月光 su-cu、sn-bi qfp、tqfp、lqfp、hqfp、qfj 目前可采用的無鉛焊錫合金組成有以下幾種：snag、sncu、snzn、snagcu、snagcubi等。以上各種無鉛焊錫系列合金熔點(diǎn)范圍皆不同，最受歐洲、美國(guó)及日本所共同推崇的snagcu系列合金，熔點(diǎn)高達(dá)217°c，其余無鉛合金的熔點(diǎn)也都在200°c左右，而傳統(tǒng)snpb熔點(diǎn)溫度只有183°c，因此無鉛合金熔點(diǎn)為重要的考慮議題。 貼滿元件的pcb通過回流焊之后，元件就能固定在pcb上面，因?yàn)槭遣捎脽o鉛工藝，需要更高的焊錫爐溫度，并快速的對(duì)焊接產(chǎn)品進(jìn)行冷卻以保證焊接質(zhì)量，造成對(duì)焊接材料和焊接機(jī)器的要求更高，所以無鉛生產(chǎn)需要更高的成本。
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