“电子封装和PCB组装的材料、工艺和可靠性”学术讲座

前言：电子产品日益小型化、高功耗和环保要求对电子封装和PCB组装以及材料供应商提出了许多挑战。在这次讲座中我们将详细讲解电子元件封装和PCB组装技术以及工艺，并了解组装材料和工艺对最终产品质量和可靠性的影响。例举并讨论组装材料，例如焊料合金、焊膏、助焊剂和芯片粘接材料的主要特性，及评估认证这些材料和工艺优化的方法。对HoHS和无铅加工技术和可靠性进行深入的探讨。进一步，我们将回顾发生在电子元器件和PCB组装中的主要失效机理。我们将以实际案例来讲解产品可靠性评估，寿命预测，HALT／ESS试验方法。     

“电子封装和PCB组装的材料、工艺和可靠性”学术讲座

课程背景 前言：电子产品日益小型化、高功耗和环保要求对电子封装和PCB组装以及材料供应商提出了许多挑战。在这次讲座中我们将详细讲解电子元件封装和PCB组装技术以及工艺，并了解组装材料和工艺对最终产品质量和可靠性的影响。例举并讨论组装材料，例如焊料合金、焊膏、助焊剂和芯片粘接材料的主要特性，及评估认证这些材料和工艺优化的方法。对HoHS和无铅加工技术和可靠性进行深入的探讨。进一步，我们将回顾发生在电子元器件和PCB组装中的主要失效机理。我们将以实际案例来讲解产品可靠性评估，寿命预测，HALT／ESS试验方法。     

柱栅阵列的无铅卡组装和返修

IBM已将铜柱栅阵列(CuCGA)互连用作为陶瓷柱栅阵列(CCGA)上锡铅焊料柱的无铅替代品(见图1)。像CCGA一样，CuCGA提供一种高可靠性封装解决方案，可以使用具有优良的电性能和热性能的陶瓷芯片载体。取消铅在微电子封装中的应用的行动增加了大尺寸、高I／O封装的制造复杂性。与新型封装互连结构的开发一致的可制造卡组装和返工工艺的开发对于技术的可接收性是至关重要的。设计的铜柱栅阵列(CuCGA)互连可满足可制造性、可靠性和电性能等多方面的要求。可制造性的结构优化重点是在制造处理过程中保证柱的牢固性和具有便捷的卡组装工艺。最终卡上的焊点对于互连的可靠性是至关重要的。互连的几何形状还影响到电性能【1】。评估这些有竞争性因素决定着最后的柱设计【2】。本文重点讨论了CuCGA卡组装和返工工艺的开发和可靠性评估。工艺开发的目的是将成功的SMT组装工艺用于CCGA，以便开发出标准的无铅SMT工艺。将CuCGA组装工艺成功地集成于锡银一铜(SnAgCu，或者SAC)卡组装工艺的开发中，这对于贴装、再流和返修领域都将是一个挑战。本文将讨论通过可靠性评估说明这些工艺的优化和成功结果的实例。     

制造工艺中不可忽视的课题：湿度敏感器件（MSD）

从20世纪80年代早期——表面贴装技术(SMT)的出现，人们便开始围绕组装工艺中塑料封装IC器件的湿度敏感性这一严重问题展开了讨论。湿气会扩散到电子封装里面去，这是一个复杂的现象，在制造过程中，受潮的器件不能直接进行回流焊接。许多PCB组装人员经常会误解湿度敏感现象的本质及其工艺指导原则。在生产现场正确地遵循工艺指导原则，是对生产工艺的一个巨大挑战。10年前，我们在ESD(Electrostatic Sensirive Devices静电敏感器件)面前不知所措，而今我们又在MSD面前似乎显得束手无策。随着MSD器件在PCB组装厂中用量的慢慢增长，为了提高电子产品的可靠性，无疑又一次向我们提出了新的挑战。     

焊料应满足无铅和效益双重要求

对于电子组装制造商而言，无铅电子组装技术主要针对印刷电路板级组装，即使用的单元材料达到无铅的标准，同时使用符合无铅规范材料的设备和工艺以及最终产品达到必需的可靠性要求。其中，在印刷电路板级细装过程的浸焊、波峰焊及回流焊等焊接工艺中，锡丝、锡条、锡膏是最广泛使用的电子焊接焊料，因此拥有广阔的应用市场。对于这类焊接材料，焊料合金成分对于产品的价格、品质性能和效率起着决定性的影响。因此，电子产品制造商迫切需要一种在成本、质量和效率三者之间取得平衡的无铅焊料满足市场对于无铅和效益的双重要求。     

焊料应满足无铅和效益双重要求

对于电子组装制造商而言，无铅电子组装技术主要针对印刷电路板级组装，即使用的单元材料达到无铅的标准，同时使用符合无铅规范材料的设备和工艺以及最终产品达到必需的可靠性要求。其中，在印刷电路板级组装过程的浸焊、波峰焊及回流焊等焊接工艺中，锡丝、锡条、锡膏是最广泛使用的电子焊接焊料，因此拥有广阔的应用市场。     

无铅焊技术的发展趋势及可靠性需求

铅污染对地球生态环境及人类健康所造成的影响，随着电子技术的发展而更显突出。本文简述了无铅焊技术实施在材料技术、无铅化电镀技术、无铅化PCB技术、无铅化电子组装技术以及无铅焊产品在可靠性研究方面所面临的课题。     

漫谈电子组装工艺工厂实践

电子装联技术虽然是一门成熟的技术,却伴随着电子元器件的小型化、表贴化、基板内置化发展,电子组装工艺标准化、可靠性要求不断提高。为了适应电子产品生产新形势要求,文章着重谈谈电子组装工艺在工厂实践应用中的一些问题及解决思路。     

无铅CGA的组装与返修

IBM引入了CuCGA(Copper Column Grid Array)来代替传统铅锡焊柱的CCGA(Cerami CColumn Grid Array)以实现无铅化，如图1所示。CCGA、CuCGA提供一个高可靠性封装方案，使具有优良的电性能和热性能的陶瓷芯片的使用成为可能。微电子封装中无铅化趋势增加了大尺寸，多I／O封装元件加工制造的复杂程度。芯片组装和返修的可制造性工艺发展也与新型封装互连结构的发展紧密相关。CuCGA目前已经符合可制造性，可靠性和电气性能的需求。可制造性的结构优化主要集中在制造过程中连CuCGA目前已经符合可制造性，可靠性和电气性能的需求。可制造性的结构优化主要集中在制造过程中连接焊柱的强度和芯片组装过程的简化。芯片一侧的焊接点是互连可靠性的关键因素。焊点的几何结构同样会影响到电气性能。这些因素的评估决定了最后的焊柱设计。本文讨论的重点在于CuCGA芯片组装和返修工艺的研究及可靠性评估。目的是在已经发展成熟的CCGA组装工艺基础上，发展出适应新的无铅工艺标准的组装工艺。成功地将CuCGA组装工艺同发展中的锡-银-铜(SnAgCu，或SAC)芯片组装工艺结合起来，对贴片，回流焊接和返修领域提出挑战。下面将讨论工艺优化以及通过可靠性评估来论证这个工艺。     

中国电子学会生产技术学分会（电子封装专业）第八届电子封装技术国际会议通知

自1994年以来，电子封装技术国际会议（ICEPT）分别在中国北京、上海和深圳等地成功召开过七届。由于电子封装产业的快速发展，电子封装技术国际会议自2005年开始改为每年召开一次。作为唯一由中国政府，权威机构，业内主导所组织和支持的电子封装技术会议，每届都吸引了大批的国内外高校、研究机构、封装组装制造厂商、封装测试组装设备厂商、封装组装材料厂商踊跃参加，人数每次都超过400位，包括来自近20个国家和地区的国外专家、学者和企业家等。会议议题主要集中在半导体封装设计、半导体封装制造、半导体封装测试、以及LED封装、MEMS封装、系统封装及组装等领域。这是唯一由中国政府和相关业界发起的国内最高水平、最大规模的关于电子封装组装和测试技术的学术会议，已经成为先进封装技术交流的大平台。第八届电子封装技术国际学术会议将于2007年8月14日至8月17日在微电子产业基地上海举行，敬邀您的参与。会议相关内容说明如下：[第一段]     

涉及BGA封装的组装标准一瞥

SMT技术进入90年代以来,走向了成熟的阶段,但是随着电子产品向便携式、小型化、网络化和多媒体化方向的迅速发展,对电子组装技术提出了更高的要求,新的高密度组装技术不断涌现,其中球栅阵列封装(BallGridArray简称BGA)就是一项已经进入实用化阶段的高密度组装技术。在实施BGA组装工艺生产的过程中,依赖有关的工艺标准对于迅速掌握这门技术并实施生产,     

中国电子学会生产技术学分会（电子封装专业）第八届电子封装技术国际会议ICEPT 2007

自1994年以来，电子封装技术国际会议（ICEPT）分别存中国北京、上海利深圳等地成功召开过七届。由于电子封装产业的快速发展，电子封装技术国际会议自2005年开始改为每年召开一次。作为唯一由中国政府，权威机构，业内主导所组织和支持的电子封装技术会议，每届都吸引了大批的国内外高校、研究机构、封装组装制造厂商、封装测试组装设备厂商、封装组装材料厂商踊跃参加，人数每次都超过400位，包括来自近20个国家和地区的国外专家、学者和企业家等。会议议题主要集中在半导体封装设计、半导体封装制造、半导体封装测试、以及LED封装、MEMS封装、系统封装及组装等领域。这是唯一由中国政府和相关业界发起的国内最高水平、最大规模的关于电子封装组装利测试技术的学术会议，已经成为先进封装技术交流的大平台。第八届电子封装技术国际学术会议将于2007年8月14日至8月17日在微电了产业基地上海举行，敬邀您的参与。会议相关内容说明如下：     

第七届电子封装技术国际会议（通知）

自1994年以来，两年一届的电子封装技术国际会议（ICEPT）分别在中国北京、上海和深圳等地顺利召开。作为唯一由中国政府，权威机构，业内主导所组织和支持的电子封装技术会议，每届都吸引了大批的国内外高校、研究机构、封装组装制造厂商、封装测试组装设备厂商、封装组装材料厂商踊跃参加，人数每次都超过400位，包括来自近20个国家和地区的国外专家、学者和企业家等。会议议题主要集中在封装设计、封装制造、封装测试、以及光电子封装、MEMS封装、系统及组装等领域。这是唯一由中国政府和相关业界发起的围内最高水平、最大规模的关于电子封装组装和测试技术的学术会议，必将成为先进封装技术交流的大平台。第七届电子封装技术国际学术会议将在中国金融中心上海举行，敬邀您的参与。会议相关内容说明如下：     

QFN封装元件的板级组装和可靠性研究

近两年来，QFN封装(Quad flat No—lead方形扁平无引脚封装)由于其良好的电和热性能，得到了快速的推广和应用。采用微型引线框架的QFN封装称为MLF封装(Micro Lead Frame——微引线框架)。全球最大微电子制造商之一的Amkor公司，已经销售MLF封装的IC超过1亿只。因此人们迫切希望了解有关QFN的焊盘设计、装配工艺以及板级可靠性设计和工艺等方面的技术问题。由于QFN封装没有焊球，元件与PCB的电气连接是通过印刷焊膏到PCB上，然后贴片和进行回流焊完成的。为了形成可靠的焊点，需要特别注意焊盘的设计，同样．由于这种元件底部有大面积焊盘，其表面贴装工艺很复杂，要求进行合适的模板设计、焊膏印刷，以及回流焊曲线设置。本文对上述各方面要求和影响进行探讨，对PCB焊盘设计、表面组装工艺以及板级组装的可靠性作了详细地介绍。     

微电子组装用导电胶的最新发展

导电胶正广泛地应用于电子封装中,例如,裸芯片的粘贴与互连,元器件的固定,以及作热转换和电互连的目的,本文将介绍导电胶应用于电子元器件组装中的最新进展,着重描述各向 异性导电胶（以下称ACA）这种新兴的电子互连材料及其组装工艺,同时介绍导电胶在电子封装领域以及在不久将来的更多产品的应用中所起举足轻重的作用,最后,讨论了发展趋势和存在的问题。     

表面组装技术现状纵观

表面组装已成为一种成熟的工艺，并在全球范围推广应用。“平面组装”这个新名词已成为电子组装工业的标准。与传统的通孔(TH)技术比较，表面组装技术(SMT)最显著的优点是提高了电路密度，改善了电子性能。其次是降低了工艺成本、提高了产品质量、降低了：ODT成本及提高了可靠性。此外，多数类型的SMT封装实现了易于自动化组装、返工和返修。由于某些组件的复杂性和密度(例如：印制板两面的混装元件)，如果要实现降低工艺成本、减少返工和返修量，那么，适当的设计和工艺控制是最基本的要求。此外，可靠的元件渠道和购置对降低成本所起的作用具有深远的意义。     

与无铅焊接工艺匹配的无铅BGA焊盘设计

BGA——阵列封装技术，因其强大的I／O接口优势、生产工艺简单及封装尺寸的小型化，使其在电子工业界的需求不断增加。原来的锡／铅组装工艺、生产及返工／返修工艺己趋成熟，不再是批量生产瓶颈，可谓“Trouble—free，无麻烦”，然而自2006—7—1，环境立法要求电子生产／设备／材料／工艺转向无铅生产，所以BGA器件封装材料、与之匹配的BGA焊盘设计及PCB组装工艺都要逐步满足无铅需求。     

用于封装领域的高粘度流体微量喷射技术

在过去几年内，电子组装产业采用多种流体材料的步伐已经显著加快。在上世纪七十年代，芯片的封装仍然采用引线框架、芯片粘片、引线键合以及模塑料包封流程完成。印刷电路板（PCB）的组装则由波峰焊设备和IC贴片设备完成。其中涉及到流体涂敷的两步工艺是芯片粘结和暂时性的焊料掩模。随着混合组装和表面贴装技术（SMT）的增长，涉及到流体涂敷工艺的材料增加到焊膏、表面组装粘结剂、芯片粘贴材料、滴封材料、暂性焊料掩模以及芯片涂层材料。在上世纪八十年代后期，对更高速度更高性能器件的需求驱动半导体封装向面阵列封装发展，这又引入了坝式结构和填充材料、包封材料，倒装芯片用芯片底部填充料也首次得到大规模应用。随着市场的继续发展，要求产品具有更好的性能，尺寸更小、功耗更低、重量更轻、更符合环保要求、功能更强以及运行速度更快。这也引发了对流体材料、粘结剂、涂层材料、包封材料、焊膏和助焊剂的更多需求。     

无铅化组装对印制板组件互连可靠性的影响

无铅化工艺会对互连可靠性带来冲击,无铅化装配和返修会使工艺窗口变窄,对PCB组件来说以往可以最低程度接受的现象,现在成为了缺陷。无铅化组装要求在铜、基础材料和设计之间进行均衡,以确保可靠性。     

PCB板级底部填充材料的特性

尽管底部填充已被视为批量生产中的一种成熟的技术，伴随高密度PCB布线技术发展，更细间距的矩阵式组装模式则不断地对工艺工程师所能达到的良率提出挑战。为了确保批量生产中更高的良率，选择正确的材料及合适的工艺就变成不得不考虑的首要问题。对板级组装而言，底部填充已被广泛用于增强矩阵式封装元件的可靠性，例如Flip Chip，CSP或BGA，。每种元件对底部填充材料都有其特定的要求。通常，在Flip Chip组装中最常遇到问题是CTE(热膨胀系数)的不匹配及其更小的间距，而在CSP／BGA组装中则工艺的可操作性及机械强度显得更为重要。本文着重于PCB上CSP的组装，由于CSP近年来广泛应用于各种类型的移动装置，如PDA，手机，MP3等。这些通训消费类电子产品的生产都有一个共同点相同的要求：成本低，产量大，要求生产效率高。当底部填充成为生产工艺的一部分日寸，它对工艺工程师而言就成了一个棘手的问题。特别是在导入了某些其焊球直径小于0．3mm的CSP后，更小填充间隙及更小的球间距使得这些CSP的焊球极易遭受破坏，底部填充的应用是对确保该类产品的可靠性的成为不可缺少的工艺。