§5.1焊接概述§5.2壓焊和釬焊§5.3焊接技術(shù)在微電子組裝中的應(yīng)用§5.4無鉛焊第5章電子封裝與組裝的軟釬焊技術(shù)§5.1.1焊接基本知識焊接是使金屬連接的一種方法。它利用加熱或加壓，在兩種金屬的接觸面，通過焊接材料的原子或分子的相互擴散作用，使兩種金屬間形成一種永久的牢固結(jié)合。利用焊接的方法而形成的接點叫焊點。焊接通常分為熔焊、接觸焊及釬焊三大類，在電子裝配中主要使用的是釬焊。§5.1焊接概述釬焊：在已加熱的工件金屬表面，熔入低于工件金屬熔點的焊料，借助助焊劑的作用，依靠毛細現(xiàn)象，使焊料浸潤工件金屬表面，并發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成合金層，從而使工件金屬表面與焊料結(jié)合為一體。釬焊按焊料熔點的不同分為硬釬焊（焊料熔點高于450℃）與軟釬焊(焊料的熔點低于450℃)。采用錫鉛焊料進行焊接稱為錫鉛焊，簡稱錫焊，它是軟焊的一種。二、錫焊的工藝要素：

（1）工件金屬材料應(yīng)具有良好的可焊性。（2）工件金屬表面應(yīng)潔凈。（3）正確選用助焊劑。（4）正確選用焊料。（5）控制焊接溫度和時間。三、焊點的質(zhì)量要求：

（1）電氣性能良好。（2）具有一定的機械強度。（3）焊點上的焊料要質(zhì)量。（4）焊點表面應(yīng)光亮且均勻。（5）焊點不應(yīng)有毛刺、空隙。（6）焊點表面必須清潔。§5.1.2錫焊工具與材料一、電烙鐵：手工焊接的主要工具。主要結(jié)構(gòu)：烙鐵頭、烙鐵芯、卡箍、手柄、接線柱、接地線、電源線、禁固螺絲等。典型電烙鐵的結(jié)構(gòu)1.電烙鐵的分類：

按加熱方式分類：直熱式、感應(yīng)式、氣體燃燒式。按功率分：20W、30W、60W……300W等。按功能分：單用式、兩用式或調(diào)溫式。直熱式又可分為：內(nèi)熱式、外熱式、恒溫式。組裝收音機時，一般二級管、三級管結(jié)點溫度超過200℃就會燒壞，故選用20W內(nèi)熱式電烙鐵。普通電烙鐵長壽命烙鐵頭電烙鐵外熱式電烙鐵手動送錫電烙鐵溫控式電烙鐵2、電烙鐵使用與保養(yǎng)：（1）電烙鐵在使用之前應(yīng)用萬用表的歐姆檔測量其電阻值。正常20W內(nèi)熱式電烙體芯的阻值為2.4千歐姆。電阻值=0，→短路；電阻值=∞，→斷路。（多數(shù)是因電源線與烙鐵芯的接觸處斷開后所造成，少數(shù)是因電源線損壞所造成）（2）新烙鐵刃口表面鍍有一層鉻，不易沾錫。使用前先用銼刀或砂紙將鍍鉻層去掉，通電加熱后涂上少許焊劑，待烙鐵頭上的焊劑冒煙時，即上焊錫，使烙鐵頭的刃口鍍上一層錫，這時烙鐵頭就可以使用了。（3）在使用過程中注意輕拿輕放，電烙鐵用后一定要穩(wěn)妥放與烙鐵架上，既安全又散熱，避免烙鐵頭“燒死”(盡管溫度很高,卻不能蘸上錫)。對已“燒死”的烙鐵頭，應(yīng)按新烙鐵的要求重新上錫。（4）烙鐵頭使用較長時間后會出現(xiàn)凹槽或豁口，應(yīng)及時用銼刀修整，否則會影響焊點質(zhì)量。對經(jīng)多次修整已較短的烙鐵頭，應(yīng)及時調(diào)換，否則會使烙鐵頭溫度過高。（5）每次使用后等電烙鐵冷卻后才能放回抽屜，防止燙壞電源線，引起觸電危險。二、焊料鉛與錫熔形成合金（即鉛錫焊料）后，具有一系列鉛和錫不具備的優(yōu)點：

1）熔點低：各種不同成分的鉛錫合金熔點均低于鉛和錫的熔點，利于焊接。2）機械強度高，抗氧化。

3）表面張力小，增大了液態(tài)流動性，有利于焊接時形成可靠焊點。焊錫絲共晶焊錫：合金成分為鉛38.1％，錫61.9％為共晶合金。即熔點與凝固點均為183℃，是鉛錫焊料中最好的一種。若存在共晶焊錫中加入3％的銀，可使熔點降為177℃，且焊料的焊接性能、擴展強度都在不同程度的提高，但是不經(jīng)濟?！?.1.3焊劑焊劑也叫助焊劑。主要是去除金屬表面的氧化層，方便焊接。在手動焊接中多采用松香。印制電路板在制作過程中表層涂有助焊劑，所以在組裝收音機的過程中可以不單獨使用助焊劑?！?.1.4其它工具剪刀、鑷子、螺絲刀、烙鐵架等。常用焊接工具§5.1.6手工焊接工藝一、焊接準備:1.選用合適的電烙鐵。由于內(nèi)熱式電烙鐵具有升溫快、熱效率高、體積小、重量輕的特點。在焊接印刷電路板的焊盤和一般產(chǎn)品中的較精密元器件及受熱易損元器件宜選用20W內(nèi)熱式電烙鐵。2.選用合適的烙鐵頭。烙鐵頭的形狀要適應(yīng)被焊工件表面的要求和產(chǎn)品的裝配密度。如圖所示。3.烙鐵頭的清潔和上錫。部分樣式烙鐵頭二、手工焊接1.焊接操作姿勢電烙鐵拿法有三種，如下圖所示：焊錫絲一般有兩種拿法，如下圖所示2、五步法訓(xùn)練:作為一種初學(xué)者掌握手工錫焊技術(shù)的訓(xùn)練方法，五步法是卓有成效的。正確的五步法:一準備施焊二加熱焊件三熔化焊料四移開焊錫五移開烙鐵平焊立焊1）掌握好加熱時間在保證焊料潤濕焊件的前提下時間越短越好。3、手工焊接注意事項2）保持合適的溫度保持烙鐵頭在合適的溫度范圍。一般經(jīng)驗是烙鐵頭溫度比焊料熔化溫度高50℃較為適宜。3）掌握好力度

用烙鐵對焊點加力加熱是錯誤的。會造成被焊件的損傷，例如電位器、開關(guān)、接插件的焊接點往往都是固定在塑料構(gòu)件上，加力的結(jié)果容易造成元件失效。4、錫焊操作要領(lǐng)1）焊件表面處理。2）預(yù)焊。3）不要用過量的焊劑。4）保持烙鐵頭的清潔。5）加熱要靠焊錫橋。6）焊錫量要合適。7）焊件要固定。8）烙鐵撤離要講究。三、手工焊接方法：1、繞焊：將被焊接元件的引腳或?qū)Ь€繞在接點上進行焊接，其焊接強度最高。2、鉤焊：將被焊接元器件的引線或?qū)Ь€鉤接在被連接的孔中進行焊接。它適用于不便纏繞但又要求有一定機械強度和便于拆焊的接點。3、搭焊：引線或?qū)Ь€搭于接點進行焊接。用于易調(diào)整或改焊的臨時焊點。4、插焊：將引線或?qū)Ь€插入洞型或孔型接點中進行焊接，用于元器件帶有引線、插孔及印制板的常規(guī)焊接。§5.1.7印刷電路板的手工焊接1、印刷電路板焊接的特點：（1）印刷電路板是用粘合劑把銅箔壓粘在絕緣基板上制成的。（2）印刷電路板插裝的元器件一般為小型元器件，耐高溫性能較差，焊接溫度過高，時間過長，都會造成元器件的損壞。（3）在焊接印刷電路板時，要根據(jù)具體情況，除掌握合適的焊接溫度、焊接時間外，還應(yīng)選用合適的焊料和助焊劑。2、印刷電路板手工焊接工藝：（1）電烙鐵的選用。由于銅箔和絕緣基板之間的結(jié)合強度、銅箔的厚度等原因，烙鐵頭的溫度最好控制在250~300℃之間，因此最好選用20W內(nèi)熱式電烙鐵。（2）烙鐵頭的形狀。烙鐵頭的形狀應(yīng)以不損傷印刷電路板為原則，最好選用鑿式烙鐵頭。（3）電烙鐵的握法。焊接時，烙鐵頭不能對印刷電路板施加太大的壓力，以防止焊盤受壓翹起。可采用握筆法拿電烙鐵。（4）焊料和助焊劑的選用。對難焊的焊接點，可添加助焊劑。（5）焊接的步驟可按前述手工焊接的步驟進行。一般焊盤面積不大，可采用三步操作法：a.加熱被焊件，b.填充焊料，c.移開焊錫絲、移開電烙鐵。為防焊接溫度過高，焊接時間一般以2~3s為宜。（6）元器件安裝的技術(shù)要求。元器件安裝應(yīng)遵循先小后大、先低后高、先里后外、先易后難先一般后特殊元器件的基本原則。對于電容器、三極管等立式插裝元件，應(yīng)保留適當長的引線。一般要求離電路板面2mm。元器件引線穿過焊盤后應(yīng)保留2~3mm的長度，以便引線打彎固定。安裝水平插裝的元器件時，方向應(yīng)一致，以便觀察。五、拆焊技術(shù)1、拆焊的原則（1）不損壞拆除的元器件、導(dǎo)線、原焊接部位的結(jié)構(gòu)件。（2）拆焊是不可損壞印刷電路板的焊盤與印制導(dǎo)線。（3）對已判斷為損壞的元器件，可先行將引線剪斷，再行拆除。這樣可減少其他損傷的可能性。（4）在拆焊過程中，應(yīng)盡量避免拆動其他元器件，如確實需要，要做好復(fù)原工作。2、拆焊工具普通電烙鐵、鑷子、吸錫電烙鐵3、拆焊的操作要點（1）嚴格控制加熱的溫度和時間。（2）拆焊時不要用力過猛。（3）吸去拆焊點上的焊料。一、浸焊

浸焊是將裝好元器件的印制板在溶化的鉛錫內(nèi)浸錫，一次完成印制扳上全部焊點的焊接。主要用于小型印制扳的焊接。浸焊有手工浸焊和機器浸焊。1、手工浸焊手工浸焊是由操作工人手持夾具將需焊接的已插裝好元器件的印刷電路板浸入錫槽內(nèi)來完成的，操作步驟如下：錫槽的準備→印刷電路板的準備→浸錫→完成浸錫→剪腳2、自動浸焊§5.1.8浸焊與波峰焊二、波峰焊

波峰焊是采用波峰焊機一次完成印制板上全部焊點的自動焊接技術(shù)。已成為印制板焊接的主要方法。溶化的液態(tài)焊錫在機械泵或電磁泵等的作用下由噴嘴源源不斷噴出而形成波峰，由傳送帶送來的印刷電路板以一定的速度和傾斜角度與焊料波峰接觸同時向前移動完成焊接，這種方法稱為波峰焊。波峰焊的方法及波峰焊機如圖所示：表面安裝技術(shù)，也稱SMT技術(shù)，是將表面貼裝元器件貼、焊到印刷電路板表面規(guī)定位置上的安裝焊接技術(shù)。所用的印刷電路板無需鉆孔。具體工藝流程圖如下：§5.1.9表面安裝技術(shù)安裝印刷電路板點膠（膏）貼裝SMD元件烘干焊接清洗§5.2.1電阻焊將焊件組合后通過電極施加壓力，利用電流通過接頭的接觸面及鄰近區(qū)域產(chǎn)生的電阻熱進行焊接的方法?！?.2壓焊和釬焊1．點焊SpotWelding焊件裝配成搭接接頭，并壓緊在兩電極之間，利用電阻熱熔化母材金屬形成焊點的電阻焊方法點焊過程：

點焊分流現(xiàn)象：焊接新焊點時，有一部分電流會流經(jīng)已焊好焊點，使焊接電流發(fā)生變化，影響點焊質(zhì)量。點距：兩相鄰焊點間的中心距。焊件厚度越大，導(dǎo)電性越強，點距要越大。焊點直徑：要盡量大應(yīng)用：薄板沖壓件及鋼筋焊接。點焊工件常用厚度范圍是0.05~6mm。2.縫焊SeamWelding焊件裝配成搭接接頭并置于兩滾輪電極之間，滾輪加壓焊件并轉(zhuǎn)動，連續(xù)或斷續(xù)送電，形成一條連續(xù)焊縫的電阻焊方法。密封性好，但分流現(xiàn)象嚴重

應(yīng)用：焊接3mm以下薄板、有密封要求的較規(guī)則焊縫，如油箱、小型容器和煙道等結(jié)構(gòu)產(chǎn)品。

3.對焊ButtWelding將焊件裝配成對接接頭進行的電阻焊方法

(1)電阻對焊--UpsetButtWelding將焊件裝配成對接接頭，使其端面緊密接觸，利用電阻熱加熱至塑性狀態(tài)，然后迅速施加頂鍛力完成焊接的方法。焊前接頭端面要平滑、清潔(焊前加工、清理要求較高.

一般用于截面簡單、直徑小于20mm和強度要求不高的棒材和線材。

(2)閃光對焊FlashButtWelding

焊接過程：加緊、對正→通電→移動、接觸→閃光并連續(xù)閃光、端面呈半熔化→斷電、頂鍛形成接頭。特點：接頭強度較高，承載能力強。在焊口周圍有大量毛刺，結(jié)合面處有較小凸起；焊件需留較大余量；焊接時火花飛濺，需隔離防護；焊后需清理接頭處的毛刺。應(yīng)用：適用于承受較大載荷零件或重要零件的焊接?！?.2.2摩擦焊將焊件連接表面相互壓緊并使之按一定軌跡相對運動,利用連接表面上生成的摩擦熱作為熱源將焊件端面加熱到塑性狀態(tài)，然后迅速頂鍛，完成焊接的一種壓焊方法。

按焊件相對運動的軌跡不同，摩擦焊又分為旋轉(zhuǎn)式摩擦焊和軌道式摩擦焊兩種。

摩擦焊優(yōu)點：接頭組織致密，焊接質(zhì)量好且穩(wěn)定。

焊前接頭不需特殊清理，焊接時不需焊接材料，焊接時間短，生產(chǎn)成本低。

能焊接異種金屬材料

應(yīng)用：主要用于旋轉(zhuǎn)焊件的壓焊，非圓截面的焊接比較困難。

摩擦焊焊件的最大截面不超過0.02m2

§5.2.3釬焊Brazing，Soldering釬焊過程1）熔化釬料的填縫過程2）釬料組分與母材相互擴散過程3）利用熔點比母材低的填充金屬熔化以后，填充接頭間隙并與固態(tài)的母材相互擴散實現(xiàn)連接的一種焊接方法。釬劑的作用：去除氧化膜和油污等雜質(zhì)保護母材接觸面和釬料不受氧化增加釬料的潤濕性和毛細流動性1．硬釬焊Brazing使用熔點高于450℃的釬料

焊件接頭強度高，工作溫度高

用于受力較大的鋼鐵件、工具及鋁、銅合金件，如釬焊刀具、自行車架等常用釬劑為硼砂、硼酸、氯化物等

2．軟釬焊Soldering使用熔點低于450℃的釬料

焊件接頭強度低，工作溫度低

用于電子線路元件的連接等

常用釬劑為松香、氯化鋅溶液釬焊和熔焊、壓焊的區(qū)別1）用低熔點的釬料作為填充金屬，釬焊時，釬料熔化、母材不熔化。2）釬焊接頭強度低，工作溫度低，但焊接變形小，焊件尺寸精確。3）釬焊可以焊接異種金屬，還可以焊接異種材料。4）可以焊接其它焊接方法難以焊接的特殊結(jié)構(gòu)，如蜂窩結(jié)構(gòu)。5）可以采用整體加熱，一次焊成整個結(jié)構(gòu)的全部焊縫。生產(chǎn)率高，易于實現(xiàn)焊接機械化自動化。常用焊接方法的特點及適用范圍

芯片一般不能單獨使用，為實現(xiàn)與外界的信息交換，芯片都要配備I／O端口。通過芯片與芯片、芯片與基板、器件電路與系統(tǒng)的互連，才能實現(xiàn)對芯片的功率和信號的分配、信號的相互傳遞。在微電子封裝中，互連技術(shù)對器件性能的影響是很關(guān)鍵的，特別是芯片互連對電子器件的長期使用的可靠性影響很大。半導(dǎo)體器件的失效大約有1/4-1/3是由芯片微互連引起的。因此，保證芯片、器件與系統(tǒng)的電源、地和電信號暢通是互連最基本的功能?！?.3焊接技術(shù)在微電子組裝中的應(yīng)用電子工程中最早采用的連接技術(shù)是釬焊，為適應(yīng)微電子產(chǎn)業(yè)微細化的要求，已經(jīng)開發(fā)并廣泛使用的互連技術(shù)有以下三種：引線鍵合技術(shù)(wirebonding，WB)；載帶自動焊技術(shù)(tapeautomatedbonding，TAB)；倒裝焊技術(shù)(flipchipbonding，F(xiàn)CB)。§5.3.1釬焊技術(shù)釬焊

需要連接的母材不熔化；在其間隙中填充比母材熔點低、且呈熔化狀態(tài)的金屬或合金，經(jīng)冷卻固化而實現(xiàn)母材間的連接。這種母材之間填充的金屬或合金即為焊料。焊料的浸潤性

指焊料與母材金屬間的附著能力，附著力越大，表示浸潤性越好。附著力可用下圖所示固體金屬與焊料間夾角θ表示，并有方程：

PSF=PLS+PLF

cosθ

式中PSF、PLS和PLF

分別表示固體金屬與焊劑間表面張力、熔融焊料與固體金屬間表面張力、熔融焊料與焊劑間表面張力。

Θ=180：表示完全不浸潤狀態(tài)

Θ=0：表示完全浸潤狀態(tài)

Θ<90：浸潤狀態(tài)較好§5.3.2釬焊助焊劑由于母材金屬一般在大氣中會氧化，形成2~10nm的氧化膜。氧化膜將劣化被焊金屬的浸潤性，降低釬焊質(zhì)量，助焊劑的作用是在釬焊溫度下清除母材金屬和焊料表面的氧化膜，增強焊料的浸潤性。在無線電實驗中焊接金屬導(dǎo)線時采用的松香就是典型的助焊劑材料。助焊劑的選取要考慮以下幾個因素：

1）足夠的化學(xué)活性；

2）對于母材金屬具有良好的浸潤性及流動性；

3）良好的熱穩(wěn)定性；

4）一定的電化學(xué)性；

5）對人體．微系統(tǒng)和周圍環(huán)境無害；

6）助焊劑容易清除。§5.3.3焊料分類釬焊焊料一般以熔點高低分為硬釬焊焊料和軟釬焊焊料兩類.硬釬焊焊料(brazingfillermetal):熔點>450℃；軟釬焊焊料(solder):熔點<450℃.使用最廣泛的焊料:63Sn／37Pb共晶焊料，熔點183℃

。為適應(yīng)環(huán)保要求，正開發(fā)并逐步使用無鉛焊料系列，如Sn-Ag、Sn-Zn、Sn-Bi等?！?.3.4引線鍵合技術(shù)簡介引線鍵合技術(shù)：將芯片電極面朝上粘貼在封裝基座或基板上，再用金絲或鋁絲將芯片電極與引線框架或布線板電路上對應(yīng)的電極鍵合連接。

特點：技術(shù)成熟、工藝簡單、成本低廉、適用性強。目前大部分微系統(tǒng)封裝都采用引線鍵合連接。分類引線鍵合技術(shù)又稱作線焊技術(shù)和引線連接。根據(jù)鍵合裝置的自動化程度高低分為：手動、半自動和全自動三類；根據(jù)其鍵合工藝特點分為：超聲鍵合、熱壓鍵合和熱超聲鍵合（金絲球焊）。超聲鍵合：超聲鍵合采用超聲波發(fā)生器產(chǎn)生的能量，通過磁致伸縮換能器，在超高頻磁場感應(yīng)下，迅速伸縮而產(chǎn)生彈性振動，經(jīng)過變幅桿傳給劈刀，使劈刀相應(yīng)振動；同時，在劈刀上施加一定的壓力。劈刀在兩種力的共同作用下使鋁絲和焊區(qū)兩個純凈的金屬面緊密接觸，達到原子間的“鍵合”，從而形成牢固的焊接。超聲鍵合使金屬絲與鋁電極在常溫下直接鍵合。鍵合工具頭呈楔形，故又稱楔壓焊。熱壓鍵合：熱壓鍵合是通過加熱和加壓力，使焊區(qū)金屬發(fā)生塑性形變，同時破壞金屬焊區(qū)界面上的氧化層，使壓焊的金屬絲與焊區(qū)金屬接觸面的原子達到原子的引力范圍，進而通過原子間吸引力，達到“鍵合”的目的。優(yōu)點：金屬界面不平整，通過加熱加壓可使兩金屬相互鑲嵌。缺點：金屬絲變形過大而受損，影響焊接鍵合質(zhì)量，限制了熱壓焊的使用。熱超聲鍵合（金絲球焊）。加熱加壓①用高壓電火花使金屬絲端部熔成球：②在芯片焊區(qū)上加熱加壓加超聲，使接觸面產(chǎn)生塑性變形并破壞界面的氧化膜，使其活性化；③通過接觸使兩金屬間擴散結(jié)合完成球焊，形成第一焊點；④通過三維控制將焊頭移動至封裝底座引線的內(nèi)引出端或基板上的焊區(qū)；⑤加熱加壓加超聲進行第二個點的焊接；⑥完成楔焊．形成第二焊點．從而完成一根線的連接。。。。原理與工藝過程引線鍵合的主要材料不同的焊接方法，所選用的引線鍵合材料也不同。如金絲主要應(yīng)用于熱壓焊、金絲球焊等工藝；鋁絲和鋁合金絲(Si-Al，Cu-Si-A1)等應(yīng)用于超聲焊。對引線鍵合線材料的基本要求有：(1)與鍵合材料(鋁，金或其他表面鍍層材料）形成低電阻的歐姆接觸；(2)與鍵合材料的結(jié)合力強；(3)電導(dǎo)能力強；(4)可塑性好；適合焊接工藝，并且能保持一定的形狀等；(5)化學(xué)性能穩(wěn)定。引線鍵合的工藝關(guān)鍵(1)溫度控制：一般溫度調(diào)節(jié)范圍：室溫約400℃。調(diào)節(jié)精度：程控模式溫度分辨率或溫控精度為1℃。溫控器可以手動設(shè)置或程控，通過控制加熱管電流達到控溫效果。(2)精確定位控制：對芯片、引線框架和封裝基板的精確定位，一般采用精密導(dǎo)軌控制、精密模具控制及精密光電控制相結(jié)合的方式實現(xiàn)的。(3)工作參數(shù)設(shè)定：對驅(qū)動超聲波換能器、線夾、電子打火的電流、電壓、頻率、振幅、鍵合壓力、時間等參數(shù)合理設(shè)置來保證焊接點的精度、焊接質(zhì)量和長期可靠性。技術(shù)缺陷1)多根引線并聯(lián)會產(chǎn)生近鄰效應(yīng)，導(dǎo)致同一硅片的鍵合線之間或同一模塊內(nèi)的不同硅片的鍵合線之間電流分布不均；2)鍵合線的寄生電感很大，會給器件帶來較高的開關(guān)電壓；3)引線本身較細，采用的普通平面封裝結(jié)構(gòu)，傳熱性能不夠好。§5.3.5載帶自動焊技術(shù)簡介又稱載帶自動鍵合法(TAB)，是一種基于金屬化柔性高分子載帶將芯片組裝到基板上的集成電路封裝技術(shù)。載帶是一種金屬化膜片，形狀類似于電影膠片，兩邊有走帶齒孔，多采用聚酰亞胺材料制作。它既作為芯片的支撐體，又作為芯片同周圍電路的連接引線.TAB工藝的主要步驟1）先在裸芯片上形成凸點、制備帶內(nèi)側(cè)端子和外側(cè)端子引線圖形的柔性有機薄帶；2）將芯片上的凸點同載帶上的內(nèi)側(cè)端子通過引線壓焊機鍵合在一起，然后對芯片進行密封保護；3）再經(jīng)過熱壓或釬焊將外側(cè)端子與布線板上焊盤相連接。

主要包括：載帶制造技術(shù)、凸點形成技術(shù)、引線壓焊技術(shù)和密封技術(shù)。技術(shù)特點

TAB封裝器件具有更小、更輕、更薄的特點，采用TAB技術(shù)進行集成電路芯片封裝有以下特點：

(1)封裝體韌性良好，并且外形尺寸小，其厚度可做到0.4mm。使用TAB技術(shù)封裝的器件在基板上所占面積為傳統(tǒng)封裝器件的10%左右；

(2)可實現(xiàn)高密度輸入輸出(I/O)引腳；

(3)封裝體電性能好，非常適用于高頻電路，如高速計算機系統(tǒng)。因其平面封裝的特點，引線距離縮短，同時采用了扁平矩形截面引線代替?zhèn)鹘y(tǒng)的圓形引線，線間電容和寄生電感減少；

(4)增加封裝體的散熱性能，提高導(dǎo)熱效果；

(5)適合自動化組裝。特別是其檢測過程也可同時自動進行除失效器件；從而節(jié)省材料、提高效率；降低成本。優(yōu)點&缺點優(yōu)點：

1)TAB法適合自動化流水線大批暈生產(chǎn)，效率高；

2)它適應(yīng)高密度I/O以及高速超大規(guī)模集成電路的封裝要求。該技術(shù)最早在20世紀60年代應(yīng)用于電子封裝領(lǐng)域，是為了克服引線鍵合法無法生產(chǎn)更小尺寸、更高密度I/O數(shù)目器件這一缺點而產(chǎn)生的。缺點：載帶自動焊技術(shù)的主要缺陷是成本較高，并只適用于大批量生產(chǎn)。

TAB關(guān)鍵材料高溫性能好．與銅箔的粘接性好，耐高溫，熱匹配性好，收縮率小且尺寸穩(wěn)定，抗化學(xué)腐蝕性強，機械強度高，吸水率低等。聚酰亞胺(PI)：高溫性能好，但成本高；聚酯類材料：耐腐蝕性和機械強度比PI好；聚乙烯耐苯二甲酸酯(PET)薄膜和苯并環(huán)丁烯(BCB)薄膜：適合大批量生產(chǎn)。BCB的綜合性能已經(jīng)超過PI。基帶材料&銅箔引線材料&芯片凸點金屬材料?；鶐Р牧弦螅恒~的導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能好，強度高，延展性和表面平滑性良好，與各種基帶粘接牢固，不易剝離，特別是易于用光刻法制作精細復(fù)雜的引線圖形，又易于電鍍銅、鎳、錫-鉛等易焊接金屬，是較為理想的TAB引線金屬材料。銅箔材料一般有軋制銅箔和電解銅箔兩類。銅箔引線材料：芯片凸點金屬材料

TAB技術(shù)要求在芯片的焊盤上先制作凸點，然后才能與銅箔引線進行焊接。芯片焊盤金屬通常為鋁膜，為使鋁和芯片鈍化層粘附牢固，要先淀積一層附層金屬；接著，還要淀積一層阻擋層金屬，以防止最上層的凸點金屬與鋁互擴散，生成不希望有的金屬間化合物；最上層才是具有一定高度要求的凸點金屬?！?.3.6倒裝鍵合技術(shù)簡介倒裝鍵合是指在裸芯片電極上形成連接用凸點，將芯片電極面朝下經(jīng)釬焊或其他工藝將凸點和封裝基板互連的一種方法，其基本原理為芯片與基板間互連用凸點代替?zhèn)鹘y(tǒng)的引線鍵合(WB)。由于I/O端可以按面陣式排布，滿足了大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路對I/O數(shù)的需求，其組裝密度最高。倒裝焊封裝的優(yōu)越性：1）具有精度高、形成的混合集成芯片占用體積小、輸入輸出密度高、互連線短、引線寄生參數(shù)小等優(yōu)點。2）在采用回流焊接的倒裝焊技術(shù)中，利用焊料熔融后液態(tài)焊料的表面張力可產(chǎn)生的自對準效應(yīng)，可實現(xiàn)精度非常高的無源對準。倒裝焊被認為是高密度芯片/芯片互連的首選混合集成技術(shù)。3）芯片與基板間可以填充高導(dǎo)熱率灌封劑，機械強度高、可靠性高。倒裝焊技術(shù)工藝步驟倒裝焊主要材料

倒裝焊芯片電路與外界的連接通過制作焊球來實現(xiàn)。大多數(shù)硅芯片主要采用金屬鋁來制作芯片電路布線，由于鋁性能活躍，在芯片鋁布線的對外互連點需要制作球底金屬層。為增強焊點可靠性，倒裝焊芯片焊球底部金屬化多采用梁式引線多層金屬化結(jié)構(gòu)，通常由三層組成：

(1)粘附層，一般選用Cr、Ti、V、Ti、W等材料；

(2)阻擋層，一般選用Ni、Cu、Pd、Pt等材料；

(3)焊點浸潤層，一般選用很薄的金或銀膜或金的合金膜。1、焊球底部金屬層材料2、助焊劑材料助焊劑功能：①化學(xué)功能，防止焊接加熱過程中發(fā)生氧化；②熱學(xué)功能，使焊接金屬能達到焊料浸潤所需的足夠溫度；③物理功能，使得焊料更好浸潤并覆蓋整個焊接面。由于基板無焊膏，涂敷的助焊劑就起到焊膏粘附作用將芯片牢牢抓住。助焊劑量需適量：太少不能去除焊料凸點表面氧化物，不能清潔基板；太多芯片會在基板上打滑，難定位，回流焊時芯片會浮在助焊劑上產(chǎn)生不恰當?shù)幕ミB，并且隨著凸點節(jié)距的減小，由于熔化的助焊劑較大的表面張力會牢牢拉攏相鄰熔融焊料凸點造成短路，后道清洗麻煩。3、底充膠材料底充膠材料可以有效緩解芯片與基板熱失配，并改善由于熱失配而引發(fā)的焊點可靠性問題，提高焊點熱疲勞壽命。底充膠材料參數(shù)對焊點壽命的提高程度有著密切的關(guān)聯(lián)。§5.4

無鉛焊§5.4.1鉛對人體的影響鉛對人的影響很大,人體通過呼吸、進食、皮膚吸收等都有可能吸收鉛或其化合物。鉛被人體器官攝取后,將抑制蛋白質(zhì)的正常合成功能,危害人體中樞神經(jīng),造成精神混亂、呆滯、生殖功能障礙、貧血、高血壓等慢性疾病。而鉛對兒童的危害更大,會影響其智商和正常發(fā)育?！?.4.2鉛對環(huán)境的污染

電子工業(yè)中大量使用的Sn/Pb

合金焊料是造成污染的重要來源之一。在制造和使用Sn/Pb

焊料的過程中,由于熔化溫度較高,有大量的鉛蒸氣逸出,將直接嚴重影響操作人員的身體健康。波峰焊設(shè)備在工作中產(chǎn)生大量富鉛焊料廢渣,對人類生態(tài)環(huán)境污染極大。丟棄電子產(chǎn)品、PCB上所含的鉛也不容忽視，鉛可能會從電子產(chǎn)品滲出進入地下水。以美國為例,每年隨電子產(chǎn)品丟棄的PCB約一億塊,按每塊含Sn/Pb焊料10g,其中鉛含量為40%計算,每年隨PCB丟棄的鉛量即為400噸,當下雨時這些鉛變成溶于水的鹽類,逐漸溶解污染水,特別是在遇酸雨時,雨中所含的硝酸和鹽酸更促使鉛的溶解,流進我們的飲用水之中,從而污染水源,破壞環(huán)境。而這些被污染的水經(jīng)人飲用后,在體內(nèi)累積,損害神經(jīng),導(dǎo)致呆滯、高血壓、貧血、生殖功能障礙等疾病,濃度過大時,還可能致癌?！?.4.3無鉛焊料的發(fā)展階段(1)無鉛焊料的提出階段

1991年和1993年,美國參議院提出“ReidBill”，要求將電子焊料中鉛含量控制在0.1%以下。由于當時所有的電子產(chǎn)品都離不開有鉛焊料，有鉛焊料發(fā)展得也相當成熟，加上對生態(tài)環(huán)境保護意識不夠，對鉛的認識不足，因而沒有受到重視。(2)無鉛焊料的發(fā)起階段從1991年起NEMI、NCMS、NIST、NPL、PCIF、ITRI、JIEP等組織相繼開展無鉛焊料的專題研究，耗資超過2000萬美元，目前仍在繼續(xù)。(3)無鉛焊料的運用階段

1998年10月,第一款批量生產(chǎn)的無鉛電子產(chǎn)品PanasonicM

iniD

iscMJ30問世。20世紀90年代中期,日本和歐盟作出了相應(yīng)的立法:日本規(guī)定2001年在電子工業(yè)中淘汰鉛焊料,在2004年禁止生產(chǎn)或銷售使用有鉛焊料焊接的電子生產(chǎn)設(shè)備;而歐美在2006年禁止生產(chǎn)或銷售使用有鉛材料焊接的電子生產(chǎn)設(shè)備,但是由于無鉛焊料還存在技術(shù)上的原因,有可能到2008年才能實現(xiàn)電子產(chǎn)品無鉛化?！?.4.4無鉛焊料無鉛焊料的專利將近1000種，多數(shù)為二元、三元無鉛合金。國內(nèi)目前生產(chǎn)的多為不涉及專利的二元合金。以SnAgCu

三元合金為主流的無鉛產(chǎn)品主要為進口。主要的無鉛焊料系列如表1所示。Sn

是一種較容易出現(xiàn)金屬須的金屬，由于無鉛焊料中Sn

的比例為80%以上，所以金屬須問題尤其嚴重。1、無鉛焊料的介紹傳統(tǒng)錫鉛焊料,其共晶溫度是183℃,與目前PCB的耐熱性能接近,并且具有良好的可焊性、導(dǎo)電性以及較低的價格等優(yōu)點而得到廣泛使用。無鉛焊料是利用錫與其它金屬如銅、鉍、銀等金屬的合金在共晶點或非共晶點出現(xiàn)的共熔現(xiàn)象制成的焊料。作為錫鉛共晶焊料合金的替代材料,無鉛焊料應(yīng)該在熔點、機械特性和物理特性等方面同錫鉛共晶焊料合金接近,且供應(yīng)材料充足,毒性弱并能在現(xiàn)有的設(shè)備中運用現(xiàn)有的工藝條件進行使用。2、無鉛焊料的具體要求無鉛焊料應(yīng)具備與錫鉛體系焊料大體相同的特征,具體目標如下:替代合金應(yīng)是無毒性的。一些考慮中的替代金屬,如鎘、銻和銦,是毒性的

(2)熔點應(yīng)同錫鉛體系焊料熔點(183℃)接近,不應(yīng)超過200℃。(3)供應(yīng)材料必須在世界范圍內(nèi)容易得到,數(shù)量上滿足全球的需求。某些金屬如銦和鉍數(shù)量比較稀少,只夠用作無鉛焊錫合金的添加成分。(4)替代合金還應(yīng)該是可循環(huán)再生的,如將三四種金屬加入到無鉛替代焊錫配方中可能使循環(huán)再生過程復(fù)雜化,并且增加其成本。(5)機械強度和耐熱疲勞性要與錫鉛體系焊料大體相同。(6)焊料的保存穩(wěn)定性要好。(7)替代合金必須能夠具有電子工業(yè)使用的所有形式,包括返工與修理用的錫線、錫膏用的粉末、波峰焊用的錫條、以及預(yù)成型。不是所有建議的合金都可制成所有的形式,例如鉍含量高將使合金太脆而不能拉成錫線。(8)合金相圖應(yīng)具有較窄的固液兩相區(qū)。能確保有良好的潤濕性和安裝后的機械可靠性。(9)焊接后對各種焊接點檢修容易。(10)導(dǎo)電性好,導(dǎo)熱性好。4、無鉛焊錫的發(fā)展現(xiàn)狀經(jīng)研究,錫被認定為是最佳基礎(chǔ)金屬,因為錫的貨源儲備充足,無毒害,檢修容易,有良好的物理特性,熔點是232℃,與其他金屬進行合金化后熔點不會很高。與其配比合金在得到接受前都必須考慮以下幾種要求:(1)使用產(chǎn)品時的材料消耗情況。(2)產(chǎn)品制造過程中使用的能量情況。(3)產(chǎn)品處理后的重復(fù)使用性。(4)材料從制造到再生利用這期間的輻射情況。3、無鉛焊料缺點比較脆，彈性不好；浸潤性差，只會擴張，不會收縮；色彩暗淡，光澤度稍差；金屬須問題?！?.4.5無鉛設(shè)備及工藝由于無鉛焊料的特殊性，無鉛焊接工藝及無鉛焊接設(shè)備都要進行相應(yīng)的改造，以便解決無鉛焊料帶來的焊接缺陷及焊料對設(shè)備的影響，可采用預(yù)熱/錫爐溫度升高，噴口結(jié)構(gòu)，氧化物，腐蝕性，焊后急冷，助焊劑涂敷，氮氣保護等。包括：

1）無鉛波峰焊工藝及設(shè)備

2）無鉛回流焊工藝及設(shè)備1）無鉛波峰焊工藝及設(shè)備由于無鉛焊料熔點高、高溫焊接易氧化以及高溫對鐵有很強的溶解能力等，因而無鉛化改造時：應(yīng)將預(yù)熱區(qū)加長或更新加熱組件，波峰焊焊槽、機械結(jié)構(gòu)和傳動裝置都要適應(yīng)新的要求，錫槽的機構(gòu)材料與焊料的一致性(兼容性)要匹配，如在現(xiàn)有波峰焊錫槽等配套設(shè)施上涂防護層、改用表面滲氮不銹鋼等。2）無鉛回流焊工藝及設(shè)備

1）因無鉛焊料熔點高，PCB板上元器件最高承受溫度有限，造成無鉛工藝窗口很小，因此在工藝參數(shù)設(shè)置方面的要求更加嚴格；

2）因無鉛焊料流動性、潤濕性較差，要求助焊劑活性強；無鉛焊接要求的回流溫度比較高，會加速PCB焊盤、元器件引腳/焊端的氧化，因此焊接過程中充氮氣或其它惰性氣體可減少焊接缺陷?！?.4.6無鉛焊接特有質(zhì)量問題及解決方法質(zhì)量問題許多模式和錫鉛技術(shù)中類似。特有問題一般由三種因素造成：高溫焊接環(huán)境；錫的特性；替代鉛的其它金屬或合金特性。主要問題:1）焊點的剝離2）‘克氏空孔’3）金屬須（Whisker）1）焊點的剝離（Liftedpad）現(xiàn)象：焊點和焊盤之間出現(xiàn)斷層而剝離（如圖）。原因：無鉛合金溫度膨脹系數(shù)和基板間差別很大，導(dǎo)致焊點固化時，剝離部份有較大應(yīng)力而分開。一些焊料合金的非共晶性也是造成這種現(xiàn)象的原因之一。解決方案：1）選擇適當?shù)暮噶虾辖穑?）控制冷卻速度，使焊點盡快固化形成較強的結(jié)合力；3）設(shè)計時將通孔銅環(huán)面積減小，來降低應(yīng)力幅度。焊點的剝離（多出現(xiàn)在通孔波峰焊接工藝中）2）‘克氏空孔’（KirkendallVoids）

Kirkendall

空孔：兩種不同材料間，因擴散速率不同所產(chǎn)生的空洞。該空洞產(chǎn)生機制在SnPb

和無鉛焊料中均存在。解決方案：速度&溫度。

1）溫度越高增長越快。所以要預(yù)防克氏空孔的危害，必須在材料和溫度上著手。

2）由于Au，Ag和Cu最容易和Sn

間出現(xiàn)克氏空孔，因此選擇界面材料就應(yīng)該避開使用Au，Ag或Cu，而使用Ni層隔離等。原因：無鉛技術(shù)中，因一般焊料Sn含量比傳統(tǒng)Sn37Pb高很多，而Sn和其它金屬如Au，Ag和Cu等，易出現(xiàn)這種克氏空孔現(xiàn)象（如圖）?？耸峡湛?）金屬須（Whisker）

Sn是一種易出現(xiàn)金屬須的金屬。(如圖)

含鉛技術(shù)中約>3%的鉛能夠較好阻止金屬須生長，金屬須一般不為重視。將鉛去除，Sn含量增高，由金屬須引起的短路現(xiàn)象嚴重影響了產(chǎn)品質(zhì)量。金屬須引起短路金屬須特征：1）不需要環(huán)境條件來助長；2）且金屬須沒有固定的形狀；3）沒有明確的生長時間，有數(shù)天到數(shù)年的巨大變化范圍。各種形狀的金屬須§5.4.7處理&預(yù)防錫須1）使用亞光錫、顆粒度大的暗錫（matteSn）、較厚暗Sn鍍層（8~10μm）或在Sn中加入其它金屬（Bi，Sb，Cu等）；2）使用Ni或Ag做隔離層（0.1~2μm），阻止Cu向Sn層擴散形成Cu6Sn5IMC；在Sn的鍍層和基材間加上另外一層不同金屬（比如鎳），改變IMC界面的金屬遷移特性；對已經(jīng)電鍍好的Sn面進行浸錫加工；大引線間距元器件，如通孔元件（PTH）或連接器，浸SnAgCu焊料；電鍍24h內(nèi)做退火處理（退火條件：150℃，2h或170℃，1h），釋放錫層中的壓縮應(yīng)力；24h內(nèi)回流焊接，效果相同；嚴格控制電鍍工藝參數(shù)（如化學(xué)物質(zhì)，電流密度，流速，槽溫度）；三防噴涂；減少PCBA安裝時的機械力（例如螺絲孔造成的扭曲力等）?！?.4.8無鉛焊點的可靠性檢測及評價無鉛焊點可靠性主要來源：1）焊點剪切疲勞與蠕變致裂問題；2）電遷移問題；3）焊料/基體界面金屬間化合物形成致裂的問題；4）Sn晶須生長導(dǎo)致短路問題；5）電腐蝕和化學(xué)腐蝕問題等。這些問題的存在都與焊料、結(jié)合部位情況等有關(guān)，因此對焊點的可靠性評價也主要針對焊料及結(jié)合部位進行。§5.4.9

無鉛焊料的評價焊料對母材的潤濕性、焊料的力學(xué)性能等直接影響到焊接的可靠性，因此理想中的無鉛焊料最好是與原來Sn-Pb

共晶焊料特性相同的靠近低熔點處的類似焊料。作為Sn-Pb

共晶替代物的無鉛焊料，也希望具有與Sn-Pb

相同的熔融溫度范圍、良好的接合性能、潤濕性等?！?.4.10結(jié)合部位可靠性評價

隨著半導(dǎo)體制品向小型化、大規(guī)模、高集成化發(fā)展之際，給電子工業(yè)的組裝技術(shù)帶來了許多新的課題，特別是針對高密度組裝技術(shù)的不斷發(fā)展，焊料接合部的可靠性問題己成為新的重要內(nèi)容，得到了整個行業(yè)的關(guān)注。

具體評價方法：

（1）加速環(huán)境試驗（2）振動（3）其它（1）加速環(huán)境試驗為在短時間內(nèi)評價接合部隨著時間推移而發(fā)生的劣化狀況，采用在使用環(huán)境下的加速環(huán)境負荷，一般加速環(huán)境試驗有熱沖擊、熱循環(huán)、高溫高濕、高溫等。通常熱沖擊試驗比熱循環(huán)在焊點內(nèi)部產(chǎn)生更大的應(yīng)力，可能產(chǎn)生凝露等更嚴酷的條件，因此多用來做符合性試驗，少用來定量評估。具體方法視產(chǎn)品使用環(huán)境而定。試驗后的評價項目通常有外觀檢查（包括裂紋情況）、金相切片（觀察錫須等現(xiàn)象）以及試驗前后的結(jié)合強度的變化情況，即進行拉伸、剪切、剝離試驗，并記錄拉伸強度、剪切強度等參值。其中拉伸和剝離試驗適用于引線類貼片元件（圖左），剪切試驗適用于阻容類貼片件（圖右）。圖左：引線拉脫強度試驗方法圖右：剪切強度試驗方法（2）振動具體方法可依據(jù)產(chǎn)品的特點來定。（3）其它不同的產(chǎn)品可根據(jù)使用的情況，進行符合各自產(chǎn)品特點的加速試驗，如模擬手機按鍵的試驗等。§5.4.11焊點壽命評估方法由于