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声表面波器件内连技术
来源:武华科技   发布时间:2012-08-20  浏览数:2330    【收藏本页】

 国内外SAW 器件采用的内连技术有铝丝键 合、金丝楔形键合、金丝球焊及FC 等。对这些内连法通常采用的分析技术和可靠性检测方法包括传统的引 线拉力测试,对键合点形状和尺寸的光学检查,引线的结构评价,以及一种评估键合点金属化程度和区域一致性的“键合点剥离”方法。
  铝丝键合
  铝丝键合是SAW 器件的内连技术中较成熟的工艺,一般采用超声键合工艺。超声键合是楔焊,它是一个磨擦焊接的过程。在这个过程中,两个金属在室温下被压在一起,同时在超声下一起磨擦;在材料的键合面上同时施加超声波和压力,超声波振动平行于键合面,压力垂直于键合面。
原则上这个工艺过程可分为两步,即
  (1) 接触和预变形。它在决定以后焊接过程的质量时起着很重要的作用。
  (2) 超声阶段和焊接。这一步可分为清洗、混合和扩散三个阶段,尽管每个阶段的长度可能由于不同的原因而有所不同,但每个焊点都经过上述的三个阶段,它取决于引线组成的不同质地、表面性质和污染水平 。
  SAW 器件的压电基片表面以铝为主,而铝丝键合工艺具有不需加热,Al2Al 系统不易受腐蚀、可保证相当好的可靠性,成本最低等优点,因此它是SAW 器件的键合技术中最主要的技术,成为国内外SAW 器件制作和生产厂家的首选键合技术。铝丝键合的缺点是必须旋转芯片和基座,使其始终处于楔焊方向,故楔焊的速度较慢;其次,它对管芯、压块、底板等的平整度要求很高,否则不仅使模块的接触热阻增大,而且会损伤芯片,严重时使芯片碎裂;要保证施加合适的压力,压力过大,会损伤芯片。铝 丝因其固有的抗弯曲性能差,以及设备的设置可能不当,键合参数、焊头移动形式、铝丝和劈刀的选择等方面的原因,导致根切问题成为铝丝键合与生俱来的缺陷,也使其成为器件高可靠性要求的一大障碍。解决根切问题成为所有使用铝丝键合工艺的微电子器件生产厂商面临的最主要课题。而在铝丝材料方面,几年前已完成的测试结果表明,有一定硬度的、正常拉出的铝丝在生产出来的6 个星期内开始变软,特别是其拉断力在此期间降低了5 %~15 % ,再在两年时间里以更慢的速度降到平衡。因此,在实际使用中,有些公司对铝丝采用的政策是3~6 个月后就扔掉,他们宁愿扔掉好的铝丝也不愿冒险使用金属化性能已有改变的铝丝,因为这些铝丝会影响设备的设置和产量。
  金丝楔形键合
  金丝楔形键合一般采用热压键合工艺,它是最早用于内引线键合的方法,通过压力与加热,使接头区产生典型的塑性变形。热量与压力通过毛细管形或楔形加热工具直接或间接地以静载或脉冲方式施加到键合区。该方法要求键合金属表面和键合环境的洁净度十分高且只有金丝才能保证键合的可靠性。但对于Au2Al 内引线键合系统,在焊点处极易 形成导致焊点机械强度减弱的"紫斑"缺陷。
  金丝球形键合
  金丝球形键合一般采用热压工艺,使金丝通过空心劈刀的毛细管穿出,然后经电弧放电使伸出部分熔化,并在表面张力作用下形成球形,再通过劈刀将球压焊到芯片的电极上,使金球与焊盘形成良好的接触。虽然Au2Al 系统不是最好的,但金丝具有柔韧性好的优点,非常适合球焊工艺。由于球焊工艺不需要旋转器件的方向使其处于焊接方向,焊接速度可以达到最快,适合于批量化生产。金丝还表现出极好的弧度形状和周期特性,已被证实的可靠性和弹性使其在IC 工业中成为最广泛应用的材料。球焊可形成更紧的引线弧度和短的引线距离,一旦 金球形成就不需要将劈刀进一步抬高,因此可立刻 将引线引到第二点焊接。金丝球焊有更好的重复性,因而在引线电感上变化很小。在表面镀金的特殊器件上,金丝键合更是极端可靠。但在高温条件下,金丝要吸收辐射能,致使其不稳定,特别在外太空应用中更是一个问题。为了防止成球时不希望的 断裂产生,用于球焊的金丝通常要退火,也会掺入铍、钙和其他专有物质使其稳定。有数据表明,半导体器件中Au/ Al 键合在200 ℃下700 h 后出现失 效,原因是形成金属间化合物;同时发射空位,空位聚集成克氏空洞,减小有效通电面积,从而增加接触电阻率。SAW 器件的使用温度为- 40~ + 150 ℃,至于在高温条件下器件使用的可靠性,还需进一步的试验、收集相关的数据。
  倒装焊
   倒装焊( FC) 技术采用在芯片表面或管壳上的连接点植球,再将芯片倒装的方法。由于FC技术可更大限度地缩小器件的尺寸,满足了器件向小型 化、集成化方向发展的需要 。另一方面, FC 技术 制作的器件电感和电容值较低,其性能优于表面贴装技术(SMT) 、柔性板上组装技术(COF) 或微球栅面阵列(BGA) ,因此从诞生之日起就获得了快速的发展。由于FC 的进步,SAW 器件也具备了向芯片级封装(CSP) 发展的条件,这为SAW 器件在批量化生产中的可靠性提供了更好的保障。同时由于手机等通讯终端产品不断向小型化、多功能化发展,FC 技术制作的SAW 器件可更顺利地进入民用通讯领域,扩大了应用范围。FC 技术的关键技术是植球和下填充物,植球是为了连通芯片与管座的内引脚,而下填充物的主要作用是消除芯片和底座间的热膨胀差异造成的不良影响。早期的焊料几乎都含铅,随着国际社会广泛要求的环保化,焊料向无铅化发展已势在必行,这意味着将同时面对无铅SMT 和倒装芯片的挑战。目前采用的浸银技术可能会是成功使产品无铅化的一个关键步骤。