牛剛

摘要：隨著技術(shù)的進(jìn)步，芯片組裝方法越來越完善，半導(dǎo)體元件的焊接和粘接主要涉及焊接表面的清洗和平整、氧化材料的殘留、加熱不足以及基片鍍層等問題，以解決芯片粘接不當(dāng)問題、明確不同各種焊接和粘接方法、失效原因、有針對性地改進(jìn)粘結(jié)劑和封裝工藝、嚴(yán)格制造芯片組裝技術(shù)是需要更高性能、密度和可靠性的微部件的核心技術(shù)之一，而混合集成電路則面向高性能、低成本和根據(jù)芯片組裝類型和應(yīng)用程序環(huán)境，必須為芯片組裝選擇合適的技術(shù)。組裝質(zhì)量直接影響元件整體效能?？紤]到厚膜電子產(chǎn)品的大量使用，研究芯片組裝技術(shù)并分析其可靠性非常重要。重點(diǎn)是國內(nèi)外芯片組裝質(zhì)量檢測和芯片組可靠性研究。

關(guān)鍵詞：粘接;共晶焊;芯片組裝;可靠性

芯片組裝技術(shù)主要將粘接和焊接區(qū)分為絕緣和導(dǎo)電粘接。焊接可以根據(jù)設(shè)計(jì)方法分為后回流和共晶焊接。當(dāng)不需要電氣連接時，通常使用絕緣連接。導(dǎo)電粘接需要導(dǎo)電膠。這使得芯片中的溫度在高性能應(yīng)用程序中略有上升，并且可能會影響性能和可靠性，因此回流焊是一種傳統(tǒng)的焊接方法，需要在操作過程中加熱以使氣流達(dá)到足夠的溫度并吹掉正確的線路板。它還避免氧化，適用于需要控制成本的情況。共晶焊接具有以下優(yōu)點(diǎn)：連接電阻小、傳熱率高、均勻散熱、強(qiáng)度高焊接和技術(shù)一致性。因此，焊縫特別適合于性能組件的大功率和散熱要求要求。

一、芯片組裝的可靠性

芯片失效組裝有早期和后續(xù)失效。早期失效是由于材料或技術(shù)錯誤造成的。后期失效發(fā)生在服役中，隨著時間的推移，性能下降到完全無法使用。

1.早期失效。是所要求的芯片尚未符合焊接/粘接質(zhì)量要求。采用芯片粘接方法時，應(yīng)確保粘接面清潔且加壓正確，以達(dá)到良好的表面狀態(tài)。清潔和加壓均用于在界面分子之間形成組合力。是高效清洗等離子方法，可加速與清洗物表面的碰撞，從而產(chǎn)生清洗效果、活化、腐蝕等實(shí)現(xiàn)。在芯片被銀膠污染之前，芯片上的污染呈球形，潤濕角度超過90°且現(xiàn)象不潤濕。對芯片粘貼不好?？娠@著增加工件的表面粗糙度和親緣關(guān)系，有助于鋪展銀膠和粘貼芯片。粘貼芯片所使用的固定溫度、時間、壓力等。還會影響粘貼質(zhì)量;固化溫度通過提高和時間延長，有機(jī)對象可以完全聚合，但反應(yīng)交鏈，越大脆性粘接膠。芯片組裝體降低熱循環(huán)使用壽命，影響焊接質(zhì)量的因素是材質(zhì)的清潔和氧化。焊接件表面氧化含量高時，焊料基本體潤濕產(chǎn)生虛焊或空洞。采取有效的清洗措施，以活化基體表面。焊接芯片不僅能確保無污染表面和氧化低，而且還能通過適當(dāng)?shù)臏囟群蛪毫ΡＷC質(zhì)量。如果將焊接溫度設(shè)置為較低的值，焊接溫度也不能高于實(shí)際熔點(diǎn)。此外，液態(tài)焊料表面張力較高，從而降低潤濕性。一定的焊接壓力促進(jìn)了焊接材料之間的緊密接觸、焊料在基面上的潤濕鋪展以及氣泡的消除。

2.失效組裝。當(dāng)芯片作為設(shè)備印制在電路板上時，如果設(shè)備處于高溫應(yīng)力狀態(tài)，芯片封裝也會失效。回流過程中，210～230℃峰值溫度，手動焊接過程中（280～300℃）的峰值溫度，以及芯片可能失效粘接或焊接。組裝器件時模塑材料會膨脹很大，芯片垂直拉力，出現(xiàn)失效界面。在設(shè)備級封裝中，熔點(diǎn)過低，如果210～230℃再流焊接溫度低于印制板組件，且組件中的散熱不正確或過長組裝時間，則組裝到印制板時可能會導(dǎo)致焊接界面的重熔，并且組件性能可能會發(fā)生變化，因此在封裝器件級時，必須為熔點(diǎn)選擇合適的焊接材料，以確保后續(xù)安裝的工藝能力。

3.失效熱疲勞。是焊接/粘接芯片最常用的失效方法之一，表現(xiàn)為芯片上的裂紋或剝裂。微電子焊接/粘接由各種性能不同的材料組成，例如Si、SiO2、BeO、Al2O3、WCu和有機(jī)材料。這些材料的線性熱膨脹是不同的，通常底座的WCu系數(shù)膨脹是Si晶體的四倍。當(dāng)外部溫度變化或由于設(shè)備的操作/關(guān)斷導(dǎo)致升溫/冷卻時，由于芯片和基體的熱膨脹系數(shù)不同，材料可能具有不同的熱膨脹，從而導(dǎo)致界面中的熱膨脹并加速結(jié)構(gòu)損傷。當(dāng)裝置持續(xù)關(guān)閉、在焊接焊縫上施加周期性剪切應(yīng)力、聚集到中空位置、在焊接中裂紋或硅片龜裂，從而導(dǎo)致熱疲勞而失效。

4.燒毀電應(yīng)力。芯片與基片的正常接觸（歐姆）是正常運(yùn)行功耗的先決條件。歐姆接觸不良會增加加大熱阻器件，導(dǎo)致不均勻散熱、設(shè)備內(nèi)電流分布不均、設(shè)備熱穩(wěn)定性破壞和燒毀裝置。半導(dǎo)體體熱導(dǎo)率是散熱有輻射的，對流和傳導(dǎo)。

二、芯片組裝質(zhì)量檢測

組裝芯片后完成的產(chǎn)品必須按照GJB548B和GJB128A的相關(guān)規(guī)定進(jìn)行質(zhì)量檢查。一是檢查外觀;二是通過x射線技術(shù)、超聲波掃描技術(shù)等檢測焊縫表面的空洞率。剪切強(qiáng)度測試也是檢驗(yàn)芯裝配質(zhì)量的常用方法。

1.檢測空洞率。是測量零件焊接質(zhì)量的重要參數(shù)指標(biāo)?？斩磹夯瘯绊懶酒臋C(jī)械性能，增加微波電路的插入損耗，并提高性能熱阻和溫升。根據(jù)GJB548B 2012.1軍用裝備焊接空洞率不得超過25%，單個孔洞不能跨越芯片的全長或?qū)挾龋仨毘^計(jì)劃接觸總面積的10%。例如，PINK真空焊采用掃描超聲波技術(shù)，利用抽氣+氮?dú)獗Ｗo(hù)形成的焊接工藝，焊區(qū)發(fā)白部分為空洞部分。

2.檢測剪切強(qiáng)度。根據(jù)GJB 548B的規(guī)定進(jìn)行，粘接強(qiáng)度根據(jù)GJB 548B規(guī)定考慮。剪切強(qiáng)度通常用拉剪力進(jìn)行，粘接出優(yōu)質(zhì)芯片后，粘接部位仍留有粘接痕跡。由于芯片組底板材料不附著在釬焊腔上，因此可以在滑動芯片后立即觀察到空洞的大小和密度。有必要測量不同溫度下的剪切強(qiáng)度，并且根據(jù)GJB 548B規(guī)定測量粘結(jié)強(qiáng)度。1在GJB 548B中進(jìn)行。

3.測試電性能。晶體管雙極性器件可以測量器件的熱阻和飽和電壓降，以確定芯片的焊接質(zhì)量。假設(shè)裸芯片性能良好，當(dāng)飽和電壓降過大時，可能會發(fā)生芯片虛焊或空洞較大。該方法可用于批量生產(chǎn)的在線測試。

分析了芯片組裝后的可靠性問題及質(zhì)量檢測方法，組裝芯片時，必須首先從芯片類型和應(yīng)用程序環(huán)境中選擇合適的裝配過程。在實(shí)際裝配過程中，不僅要考慮工藝參數(shù)的設(shè)置，還要考慮焊接組件長期運(yùn)行的可靠性，并能從冶金反應(yīng)和熱膨脹系數(shù)的調(diào)整等方面綜合得到可靠的組裝體。

參考文獻(xiàn)

[1]葛洋崢.芯片粘接失效模式及粘接強(qiáng)度提高途徑[J].電子與封裝，2019（09）：1-4.