微组装工艺流程

1、WORD格式微组装工艺流程基板的准备分为电路软基板RT/DUroid5880 的准备和陶瓷基板AL2O3的准备。电路软基板要求操作者戴指套，将电路软基板放在干净的中性滤纸上，按图纸用手术刀切割电路板边框线和去除工艺线。要求电路软基板的图形符合图纸要求，外表平整，没有翘曲，外形尺寸比图纸小0.1 0.2 ，切面平整。工艺线的去除切地，切口断面与代线平面垂直，手指不允许不戴指套接触镀金层，以免造成氧化。陶瓷基板的准备，要求用细金刚砂纸打磨陶瓷基板，使边缘整齐，无毛刺、无短路，然后用纯洁水洗净。基板清洗基板的清洗，通过超声清洗进展。超声清洗是利用超声波在清洗液中的辐射，使液体震动产生数万计的微小气泡

2、，这些气泡在超声波的纵向传播形成的负压区产生、生长，而在正压区闭合，在这种空化效应的过程中，微小气泡闭合时可以专业资料整理WORD格式产生超过 1000 个大气压的瞬间高压，连续不断的瞬间高压冲击物体外表，使物体专业资料整理WORD格式外表和微小缝隙中的污垢迅速剥落。因此，超声波清洗对物体外表具有一定损伤性，经过屡次实验此实验未记录实验数据，确定合理的超声功率、去离子水用量以及清洗液的高度和清洗时间。具体清洗流程及参数设置如下：翻开超声清洗机，功率调至 100 瓦，参加去离子水，液面高度为60 80 之间。 将电路软基板或陶瓷基板放入瓷盒中，倒入 HT1 清洗液，液面略高基板上外表3 5 ，然

3、后将整个瓷盒放入超声清洗机的支架上水面低于清洗液2 3 ，清洗时间为 Xmin Xmin 。将 95% 乙醇倒入瓷盒，液面略高于基板上外表3 5 ，然后将整个瓷盒放入超声清洗机的支架上水面低于清洗液2 3，清洗时间为 Xmin Xmin 。将清洗完毕的基板放入 X3的烘箱中烘 0.5h后，放入氮气保护柜。 通过上述屡次实验后确定的清洗工序，清洗完成后的基板外表无油污、杂质等残留物。腔体的准备和清洗腔体的准备主要是用手术刀打净毛刺，再用洗耳球打磨毛刺形成的杂质。腔体的清洗使用超声波清洗机，具体清洗流程及参数设置如下：翻开超声清洗机，功率调至专业资料整理WORD格式100 瓦，倒入HT1清洗液，液

4、面高度为60 80 之间，将腔体放入超声清洗机清专业资料整理WORD格式洗液中，液面略高腔体上外表3 5，且液面高度不得超过80 ，清洗时间为专业资料整理WORD格式Xmin Xmin 。将95% 乙醇倒入超声波清洗机中，液面高度为60 80之间，将专业资料整理WORD格式腔体放入超声清洗机清洗液中，液面略高腔体上外表3 5，且液面高度不得超专业资料整理WORD格式过 80 ，清洗时间为Xmin Xmin 。将清洗完毕的基板放入X3的烘箱中烘0.5h 后，放入氮气保护柜。通过上述屡次实验后确定的清洗工序，清洗完成后的腔体外表无油污、杂质等残留物。焊料 / 导电胶的准备焊料，主要使用锡铅合金锡箔

5、焊料Pb37Sn63 ，用镊子将焊料展平，接着用铅笔将压块形状画上，然后用剪刀沿画痕剪成压块形状。要求锡铅合金锡箔焊料必须平展，不能有褶皱，压块大小和焊料一致，不允许未戴指套直接触摸焊料。焊料的清洗使用超声波清洗机，具体清洗流程及参数设置如下：翻开超声清洗机，功率调至100瓦，参加去离子水，液面高度为60 80 之间。 将锡铅合金锡箔焊料放入瓷盒中，将 95% 乙醇清洗液放入瓷盒，液面略高焊料上外表3 5 ，然后将整个瓷盒放入超声清洗机的支架上水面低于清洗液2 3，清洗时间为 Xmin Xmin 。将清洗完毕的焊料放入 X3 的烘箱中烘4min 10min 后，放入氮气保护柜。导电胶，主要使用

6、 H20E 导电银胶，导电胶不用时应放入0 5的冰箱内保存。使用时从冰箱取出后，在室温下放置15min ，恢复至室温后，用钨针拌15min 使各成份混合均匀，挑出少许搅拌好的导电胶放入小坩埚中，再搅拌15 20min以去气假设没有适当去气，空气会陷入固化的粘接剂中，在粘接层中产生空洞，这些空洞会降低电导率和热导率甚至降低粘接强度。专业资料整理WORD格式装夹装夹的过程是将焊料/导电胶放入腔体内，并装好基片，用专用夹具固定。此步工序主要需要注意焊料/ 导电胶必须涂覆均匀、平整、不能有折叠角或褶皱。另外导电胶在涂覆时，厚度不能超过0.05 。焊料烧结 / 导电胶固化用锡铅合金锡箔焊料装夹好的产品放

7、入已到达设定温度的烧结炉上进展烘烤，温度根据焊料的融化温度设定，时间以温度降低又重新升至设定温度保持1min 5min后完毕。锡铅合金锡箔焊料温度为183 ，烘烤温度约200 220 。用导电胶装夹好的产品放入已到达设定温度的烧结炉上进展烘烤，固化时间和温度以导电胶厂家提供数据为依据，H20E 导电胶温度为120 ，时间 X 小时。清理、检验在显微镜下用手术到清理多余的焊料/导电胶。如焊料 / 导电胶有多余溢出造成短路而又无法清理时，需报废。清理完毕的产品按腔体的清洗工艺进展清洗并烘干。检验的标准按照工艺要求进展，不合格的报废。芯片粘接工艺芯片的焊接是指半导体芯片与载体封装壳体或基片形成结实的

8、、传导性或绝缘性连接的方法。焊接层除了为器件提供机械连接和电连接外，还须为器件提供良好的散热通道。芯片粘接工艺是通过环氧树脂导电胶粘接来形成焊接层。专业资料整理WORD格式芯片粘接工艺是采用环氧树脂导电胶掺杂金或银的环氧树脂在芯片和载体之间形成互连和形成电和热的良导体。环氧树脂是稳定的线性聚合物，在参加固化剂后，环氧基翻开形成羟基并交链，从而由线性聚合物交链成网状构造而固化成热固性塑料。其过程由液体或粘稠液 凝胶化 固体。固化的条件主要由固化剂种类的选择来决定。而其中掺杂的金属含量决定了其导电、导热性能的好坏。芯片共晶工艺芯片的焊接是指半导体芯片与载体封装壳体或基片形成结实的、传导性或绝缘性连

9、接的方法。焊接层除了为器件提供机械连接和电连接外，还需为器件提供良好的散热通道。芯工共晶工艺是通过金属合金焊料来形成焊接层。共晶是指在相对较低的温度下共晶焊料发生共晶物熔合的现象，共晶合金直接从固态变到液态，而不经过塑性阶段。其熔化温度称共晶温度。芯片共晶主要指金硅、金锗、金锡等共晶焊接。金的熔点为1063 ，硅的熔点为 1414 ，但金硅合金的熔点远低于单质的金和硅。从二元系相图中可以看到，含有31% 的硅原子和69% 的金原子的Au-Si 共熔体共晶点温度为370 。这个共晶点是选择适宜的焊接温度和对焊接深度进展控制的主要依据。金硅共晶焊接法就是芯片在一定的压力下附以摩擦或超声，当温度高于

10、共晶温度时，金硅合金融化成液态的 Au-Si 共熔体。冷却后，当温度低于共晶温度时，共熔体由液相变为以晶粒形式互相结合的机械混合物金硅共熔晶体而全部凝固，从而形成了结实的欧姆接触焊接面。专业资料整理WORD格式金属合金焊接还包括“软焊料焊接如95Pb/5Sn ， 92.5Pb/5In/2.5Ag，由于其机械强度相对较小，在半导体器件芯片焊接中不太常用。影响芯片共晶的关键因素共晶焊料的特性a) 比纯组元熔点低，简化了熔化工艺。b) 共晶合金比纯金属有更好的流动性，在凝固中可防止阻碍液体流动的枝晶形成，从而改善了铸造性能。c) 恒温转变 (无凝固温度X围 ) 减少了铸造缺陷，如偏聚和缩孔。d) 共

11、晶凝固可获得多种形态的显微组织，尤其是规那么排列的层状或杆状共晶组织，可成为优异性能的原位复合材料。共晶焊料的选用专业资料整理WORD格式焊料是共晶焊接非常关键的因素。有多种合金可以作为焊料，如Au Ge 、Au Sn 、专业资料整理WORD格式Au Si 、Snln 、Sn Ag 、Sn Bi等，各种焊料因其各自的特性适于不同的应用场合。如：专业资料整理WORD格式含银的焊料Ag Sn ，易于与镀层含银的端面接合，含金、含铟的合金焊料易于与镀层专业资料整理WORD格式含金的端面接合。根据被焊件的热容量大小，一般共晶炉设定的焊接温度要高于焊料专业资料整理WORD格式合金的共晶温度 30 50。

12、芯片能耐受的温度与焊料的共晶温度也是进展共晶时应当关注的问题。如果焊料的共晶温度过高，就会影响芯片材料的物理化学性质，使芯片失效。因此焊料的选用要考虑镀层的成份与被焊件的耐受温度。此外，如焊料存放时间过长，会使其外表的氧化层过厚，因焊接过程中没有人工干预，氧化层是很难去除的，焊料熔化后留下的氧化膜会在焊后形成空洞。在焊接过程中向炉腔内充入少量氢气，可以起到复原局部氧化物的作用，但最好是使用新焊料，使氧化程度降到最低。温度控制工艺曲线参数确实立共晶时的热损耗，热应力，湿度，颗粒以及冲击或振动是影响焊接效果关键因素。热损伤会影响薄膜器件的性能。湿度过高可能引起粘连，磨损，附着现象。无效的热部件会影

13、响热的传导。共晶时最常见的问题是基座的温度低于共晶温度。在这种情况下，焊料仍能熔化，但没有足够的温度来扩散芯片反面的镀金层，而操作者容易误认为焊料熔化就是共晶了。另一方面，用过长的时间来加热基座会导致电路金属的损坏，可见共晶时温度和时间的控制是十分重要的。由于以上原因，温度曲线的设置是共晶好坏的重要因素。由于共晶时需要的温度较高，特别是用Au Ge 焊料共晶，对基板及专业资料整理WORD格式薄膜电路的耐高温特性提出了要求。要求电路能承受400 的高温，在该温度下，电阻及导电性能不能有改变。因此共晶的一个关键因素是温度，它不是单纯的到达某个定值温度，而是要经过一个温度曲线变化的过程，在温度变化中

14、，还要具备处理任何随机事件的能力，如抽真空、充气、排气等事件。这些都是共晶炉设备具备的功能。多芯片共晶的温度控制与单芯片共晶不同。多芯片共晶时会出现芯片材料不同，共晶焊料不同，因此共晶温度不同的情况。这时需要采用阶梯共晶的方法。一般先对温度高的共晶焊料共晶，再共晶温度低的。共晶炉控制系统可以设定多条温度曲线，每条温度曲线可以设定 9 段，通过的方式可扩展到 81 段，在温度曲线运行过程中可增加充气、抽真空、排气等工艺步骤。芯片载体的选择芯片载体的导电性能，导热性能以及 CTE，是选用的参考标准。另外载体镀层厚度同样直接影响共晶焊接的强度，镀层太薄会造成焊料不能充分浸润，而导致形成空洞、焊接不牢

15、，甚至掉片。镀层太厚本钱太高。载体粗糙度及清洗载体外表不同的粗糙度对共晶效果有一定影响。载体镀金层外表的干净度对焊接的质量影响也大，外表的无机物、有机污物，氧化物等都会造成共晶焊层的空洞，从而影响共晶质量。工艺参数的设定共晶参数除了温度控制工艺曲线以外，在不使用共晶炉，而采用共晶贴片机时，还需对温度、时间、气氛、摩擦速度、摩擦行程、摩擦时间、不同芯片大小、焊料大小、共晶台温度设置等参数通过屡次实验来确定适宜X围。空洞率的控制空洞的多少直接关系到芯片的散热、可靠性的上下，是共晶工艺首要需要解决的问题。它和焊料、温度、环境干净度、材质、时间等多个因素都有关。只有通过实验，优化工艺参数来控制空洞率。

16、金丝键合工艺金丝键合指使用金属丝金线等，利用热压或超声能源，完成微电子器件中固电路内部互连接线的连接，即芯片与电路或引线框架之间的连接。金丝键合按照键合方式和焊点的不同分为球键合和楔键合。专业资料整理WORD格式专业资料整理WORD格式金丝球键合过程金线通过空心夹具的毛细管穿出，然后经过电弧放电使伸出局部熔化，并在外表X力作用下成球形，然后通过夹具将球压焊到芯片的电极上，压下后作为第一个焊点，为球焊点，然后从第一个焊点抽出弯曲的金线再压焊到相应的位置上，形成第二个焊点，为平焊楔形焊点，然后又形成另一个新球用作于下一个的第一个球焊点。专业资料整理WORD格式专业资料整理WORD格式金丝楔键合过程

17、金丝楔键合是将两个楔形焊点压下形成连接，在这种工艺中没有球形成。楔焊过程图见图 4-5 ，楔焊焊点实拍图见图4-6 。专业资料整理WORD格式专业资料整理WORD格式金丝球键合和金丝楔键合的区别a) 金丝球键合和金丝楔键合的键合方式不同从两种键合方式的示意图可知，球焊的第一点为球形焊点，第二点为楔形焊点，键合过程没有方向的限制。球键合示意图和焊点示意图见图4-7 、 4-8 。专业资料整理WORD格式楔焊的两个焊点均为楔形焊点，键合过程只能前前方向键合。楔键合示意图和焊点示意图见图4-9 、4-10 。专业资料整理WORD格式b) 金丝球键合和金丝楔键合所用劈刀不同球焊选用毛细管头陶瓷或钨制成

18、。焊点是在热一般为100 500 、超声波、压力以及时间的综合作用下形成的。毛细管头工作示意图和管头选择示意图见图 4-11 ， 4-12 。专业资料整理WORD格式楔焊选用楔形头陶瓷或钛碳合金制成。焊点是在超声波能、压力以及时间等参数综合作用下形成的。一般在室温下进展。楔形头工作示意图和楔形头选择示意图见图4-13 ， 4-14 。专业资料整理WORD格式c)金丝球键合和金丝楔键合应用X围不同楔键合允许的焊盘的间距为50 m ，球键合允许的焊盘的间距大于 100 m 。一般来说，球键合的第一个焊点要比第二个位置要高，受操作空间影响较小，返修较困难，而楔键合返修简单，但受制于操作空间。金丝键合

19、工艺原理键合设备的磁致伸缩换能器在超高频 63.5KHz/115KHz 正弦波磁场的感应下，迅速伸缩而产生弹性振动，经变幅杆传给劈刀，劈刀在对金丝施加一定压力的情况下，带动金丝在被焊接的金外表上迅速摩擦，使金丝和金外表产生塑性形变和破坏金层界面的氧化薄膜高熔点，不导电。在 450 ，增大压力，也不能得到较好的冶金焊接，使得两个纯洁的金属面严密接触，形成结实的冶金焊接。外表温度和引线变形的分析说明这个过程可分成三个阶段：a) 清洗过程超声功率主要是用来产生热量和清洗外表和摩擦去除外表氧化层和污染层，只有很少一局部用来产生变形。在这个过程中，键合劈刀压着引线在键合外表。b) 混合过程超声功率用来挤

20、压金丝和接触外表并引起键合外表温度明显上升。发生局部焊接和引线焊接到焊盘上。劈刀磨擦根本上固定了引线，焊丝的温度进一步上升。专业资料整理WORD格式c) 扩散过程没有明显的变形和温度上升。键合劈刀磨擦在引线外表产生的热量使得焊点外表温度上升，进一步松弛了焊接的区域。这个回火的过程通过校正扩散接触面，稳定键合点，使它不会太脆影响金丝键合质量的关键因素选择适应的键合方式和劈刀楔键合允许的焊盘的间距为50 m ，球键合允许的焊盘的间距大于100 m ，楔键合只能进展前前方向的键合，但更适用于深腔键合。在选择劈刀上，应根据腔体内的形状，芯片键合的位置等因素来选择适应的劈刀，从而从源头上开场控制键合的质

21、量。楔键合劈刀和球键合毛细管头的键合配合示意图见图4-15 、 4-16 。专业资料整理WORD格式金丝的选择和储存专业资料整理WORD格式直径 =25 微米金丝。重量 =8.731 10.247 mg/m 。破坏强度 11 17g 。直径 =18 微米金丝。重量 =4.127 5.188 mg/m 。破坏强度 4 8 g。 根据产品电路对金丝的要求以及金丝的特性综合考虑。金丝在不使用时，必须放入氮气柜保存，时间不超过六个月。防止因金丝氧化问题而导致键合不良。焊盘镀金层厚度基板上焊盘的镀金层厚度大小直接与金线键合的强度有关，镀金层越厚，键合的可焊性越好，焊点越结实，但是镀金层越厚本钱也越高。由

22、于镀金层厚度和可焊性之间也不是简单的线性关系，所以需要通过实验寻找一个最优的值，在保证到达键合强度要求的情况下，镀金层厚度最小。清洗镀金层外表的干净度对键合的质量影响也大。外表的无机杂质、有机污物、氧化物等都会影响金线键合的强度和可靠性，需要通过实验研究干净度和键合强度之间的关系。工艺参数的设定键合工艺参数包括键合温度、劈刀压力、超声功率与作用时间等，键合工艺参数互相匹配，不能单独强调某个方面的作用，根据不同材料的特性和实际情况选择相应的参数形成最正确配合，也就是将这些参数优化组合到最好。线弧高度和长度的控制由于引线是裸露的，没有绝缘层保护，假设引线接触就会导致短路失效。因此引线的线弧高度和长

23、度要根本保持一致。需要分析影响弧度高度的原因，以保证线的弧度和高度符合要求。金丝键合的失效模式、不良现象及解决方法金丝键合成功的标志都是所有键合点应结实、无虚焊、无短路、不允许有不符合键合图要求的、遗漏的、额外的键合丝，引线的高度、弧度根本一致，焊点形状符合要求，一致性好等等。在进展金丝键合工艺开发前，必须清楚键合失效、不良现象的原因以及相应解决方法。失效模式及解决方法焊球形成失效a) 焊盘或金属球外表被油、手印、灰尘或前道工序留下的有机物污染。由于在高密度引线球键合中，金属熔球与焊盘的尺寸很小，因此对键合外表的清洁程度非常敏感。专业资料整理WORD格式键合外表的轻微污染都可能导致两者之间的原子不能扩散，造成失效。对于这种情况，进展等离子清洗解决。b) 由于上一轮键合完成后，引线尾丝过短或者电火花的放电电流不稳定、放电时间过短造成形成的金属熔球过小，使其与焊盘之间的金属间化合物不能有效的形成。对于这种情况，调整尾丝长度，或者加大打球电路和打球时间进展解决。引线键合的弹坑造成失效焊盘不清洁或者环境干净度未到达要求，不仅会造成焊球失效，还会造成弹坑失效。如图 4-16 所示，焊点直接弹出焊盘，造成失效。出现这种情况，应该加强所有环境的清洁控制。引线键合的断裂造成失效焊接根部在超声焊接期间已经过度疲劳，向前和向后的弯曲常会形成