《電子封裝、微機電與微系統(tǒng)》課件第7章

第七章電子封裝面臨的主要挑戰(zhàn)7.1無鉛焊接7.2信號完整性7.3高效冷卻技術7.4高密度集成化7.5電磁干擾7.6封裝結構7.7鍵合焊接7.8高密度多層基板

7.1無鉛焊接

隨著環(huán)境保護意識的增強，鉛被環(huán)境保護機構列入17種對人體和環(huán)境危害最大的化學物質之一。美國食品與藥物管理局的多項研究證實，少量的鉛對兒童的生長發(fā)育有抑制作用，對生長發(fā)育所需的多種酶系和視神經(jīng)內(nèi)分泌都有干擾作用。過量的鉛對兒童智商有危害，并對兒童視覺反應、綜合能力有影響。成年人人體中存在過量的鉛，將導致再生系統(tǒng)紊亂、血色素減少，并引發(fā)貧血和高血壓。圖7-1所示為歐美及日本的一些具有代表性的公司和組織提出的電子封裝無鉛化相關提案、指令與開發(fā)計劃。圖7-1無鉛化提案、指令與開發(fā)計劃

7.2信?號?完?整?性

在數(shù)字信號高速傳輸中，現(xiàn)代大批量生產(chǎn)的數(shù)字產(chǎn)品，需要把時序控制在皮秒的范圍內(nèi)。該時序不僅在硅片級尺寸上出現(xiàn)，而且在物理尺寸更大的封裝上也同樣出現(xiàn)。由于硅片物理尺寸較小，且晶體管門溝道長度減小，因此晶體管的開關速度較易達到皮秒的速度。但封裝尺寸上，要達到皮秒的速度，就非常困難。在大多數(shù)高速數(shù)字系統(tǒng)中，分配的上升沿大約為時鐘周期的10%。上升沿與時鐘頻率的關系近似為

(7-1)圖7-2時鐘波形

7.3高效冷卻技術

半導體集成電路(IC)技術正日新月異地向前發(fā)展。根據(jù)摩爾定律，芯片的集成度每18個月增長一倍。芯片集成度的迅速增加，必然導致其發(fā)熱率的提高，使得電路的工作溫度不斷上升。實驗證明，單個元器件的失效率與其工作溫度成指數(shù)關系，因而如何提高芯片的散熱效率，保證電路在正常溫度下工作，就顯得尤為重要。各種高密度封裝技術將多個芯片以更緊密的方式排列在基片上，使得系統(tǒng)單位體積的發(fā)熱率更大。

7.4高密度集成化

高密度集成化技術主要與一、二級封裝關聯(lián)。在一級封裝中，采用單芯片封裝的場合需要開發(fā)超過2000個I/O端子的多引腳封裝及與之相適應的表面型封裝技術。在二級封裝中，為滿足QFP、PGB、BGA、CSP等超小型、多引腳封裝表面實裝的要求，需要開發(fā)新的SMT技術。

7.5電磁干擾

電磁干擾(ElectroMagneticInterference，EMI)是指有害的電磁波使器件的正常功能受到干擾或引起障礙的現(xiàn)象。

7.6封裝結構

在組裝、運輸以及使用過程中，半導體電子元器件必須經(jīng)受住一定的壓力、振動、沖擊、磨擦等。

7.7鍵合焊接

鍵合焊接主要表現(xiàn)在以下方面：

●從釬焊鍵合到微機械接觸連接。

●各向異性導電連接推廣。

●導電性連接材料的可靠性。

●從金絲鍵合、帶載連接到微球凸點。

●電鍍過程的解析與控制。

●由于材料熱膨脹的系數(shù)差引起的熱應力疲勞。

●材料的熔點、加工性、成膜性、耐熱性、散熱性。

7.8高密度多層基板

高密度多層基板主要存在以下幾方面的問題：

●埋孔加工時，出現(xiàn)的埋孔直徑、埋孔加工、加工精度、粗糙度、多層膜的結合強度。

●激光加工埋孔時，出現(xiàn)的激光波長、能量分布、吸收效率、加工效率、位置精度。

●光刻法加工埋孔時，出現(xiàn)的材料感光性、