倒装焊器件封装结构设计

倒装焊器件封装结构设计

邵晓东

(身份证号：41042619881203XXXX)

摘要：随着我国科学技术的不断提高，其中半导体的精密焊接技术已经突破了很多核心的技术，在半导体的焊接过程中主要是通过倒装焊期间封装结构来将半导体的外壳、核心芯片、引脚、盖板和散热片组合在一起。本文主要介绍一下该焊接技术的材料和主要的技术，以及该焊接技术的结构设计。

关键词：倒装焊器件；封装机构设计；陶瓷材料

引言：

随着计算机信息技术的不断发展，人们希望计算机中的集成数据可以更多，同时集成电路板的体积和质量可以更小。目前人们已经研制出了超级集成电路板，并且通过倒装焊技术有效的保障，该超级集成电路的使用安全性和可靠性。

一、倒装焊封的外壳材料

（一）无机陶瓷材料

在计算机进行大量的数据运算过程中大规模集成电路板会出现一定热量，随着运算时间的延长，集成电路板的热量越来越多，这就需要集成电路板自身就具有很好的散热性能，为了解决这个问题，我们在选择倒装焊封的外壳材料的时候，使用了无机的陶瓷材料。无机的陶瓷材料对介电的常数很好，从而保障了集成电路的使用安全。树脂系数和导热性能方面都有一定的优势，可以提高集成电力的数据运算效率，并且无机陶瓷材料的热膨胀系数和硅芯片的热膨胀系数有着很小微差[1]。

（二）低温共烧陶瓷材料

在记性高频的集成电路焊接的时候，由于热传导性和膨胀系数有特殊的要求，我们一般会选择低温的共烧陶瓷作为外壳焊接材料。主要是因为低温共烧陶瓷的热膨胀系数和硅芯片的差值不是很大，在进行大面积的集成芯片焊接的时候，成功率比较低。在进行选择的过程中一般会倾向于有机合成电路板，有机合成电路板材料的热膨胀系数和将要焊接的硅芯片热膨胀系数相差不大，并且在焊接的过程中成功率比较高，我们一般焊接的硅芯片规格为二十五毫米的正方形，焊接好的集成电路板的实验数据处理频率乐可以达到30兆赫兹以上，说明倒装焊封的时候外壳材料的选择是非常重要的。

（三）氮化铝陶瓷和氧化铍陶瓷

在集成电路的外卡材料中还有两种氮化铝陶瓷和氧化铍陶瓷，这两种材料的导热率非常的高，在实际的应用过程中可以达到很好的散热效果。由于特殊的性能一般是安装在大功率的设备中如发电机组、风力机组等等。并且氮化铝陶瓷材料和氧化铍材料的热膨胀系数与硅芯片的热膨胀系数非常的接近，在特殊的焊接环境中可以进行直接的安装。氧化铍陶瓷由于优越的性能，较高温共烧陶瓷、低温共烧陶瓷、氮化铝陶瓷等等，在实际的应用中都发挥出了很好的性能，但是由于氧化铍陶瓷是一种有毒材料，在使用的过程中会释放一定的有毒气体，因此氧化铍讨陶瓷最终没有进行广泛的使用。

（四）高温共烧陶瓷

高温共烧材料由于它的制作成本非常低，加工的之后使用的效果非常好，在长时间的积累过程中制造工艺已经很成熟，是我国目前超导集成电路焊接的一种很好外壳材料。利用高温共烧陶瓷进行的倒装焊的电路非常的多，由于布线、引脚、层数的要求，进一步加大了高温共烧陶瓷的焊接难度，并且在集成电路的要求超出5兆赫兹的时候，就要选择其他的焊接技术。

二、倒装焊器件封装的主要技术

（一）密封技术

在集成电子元器件的焊接过程中通常都是空封的，也就是通过气密性封口，主要的封口技术有贮能焊、激光焊接、平行焊接、加热焊接等。在焊接之后一般是要采取有机密封胶水进行再次处理，达到良好的密封目的。最后就是对密封质量进行检测，检测的密封参数达到了规定的标准，才能下达合格的质量判定。

在密封之后一些微小的水气会对集成电路的金属和陶瓷进行一定的腐蚀，最后导致该集成元器件的使用寿命变短。为此我们一般会对集成元器件的工作环境进行一定的密封处理。

经过气密性封装的电子原件可以投入到很多复杂的工作环境中去，并且在投入使用的过程中我们要注意该电子器件可以承受的大气压是多大，因为过强的大气压力会影响到集成电子原件的工作稳定性和可靠性。气密性封帽是气密封装的最后一道工序，一般是采取可靠的焊接材料来实现气密性封帽的低温合金焊接处理，在焊接的过程中还要注意到不同合金材料对应的焊接器件也是不一样的[2]。

（二）倒装焊技术

倒装焊技术气密性封装技术主要的基板材料有陶瓷、树脂板和柔性基板，其中的柔性基本就是应用于手机的显示屏中，高质量的树脂基板材料只要应用于DSP等高端的芯片中。而陶瓷基板材料由于独特的优势主要应用在大型的通讯基站中，可以在设备运行的过程中保持一个很好的散热性能，保证通讯基站的系统运营安全稳定。在一些潮湿的工作环境中陶瓷基板由于材料的性质，在设备受潮之后还可以保持一个很好的工作效率。

在我国南方由于经常处于一个潮湿的空气环境中，一旦陶瓷基板和硅芯片的气密性封合的位置出现一定的损坏，那么空气中的潮湿环境就会影响到集成电力元件，导致离子和电力的流失，给该电力期间造成一定的安全隐患。为此在一些特殊环境中我们一般会采取特殊的气密性处理，在太空中运行的通讯电子设备常年运行在真空的环境中，由于气压的不稳定导致材料的热膨胀性出现了一定的下降，在一些极端的工作环境中还会丧失热膨胀性。这就需要工作人员在进行倒装焊器件的封装时候，进行严格的气密性检查，保障在特殊的工作环境中还可以保持该封装质量的毫无问题。

三、倒装焊器件封装结构的设计

（一）非气密性结构设计

我们所说的非气密性倒装焊结构设计主要是由外壳、核心芯片、引脚等组成，在进行芯片倒装之后，需要对基板底部的进行一定的填充。倒装焊器件的主要外壳材料，我们一般采取高温共烧陶瓷、低温共烧陶瓷、有机陶瓷和一些无机的基板材料。其中当外壳材料使用有机陶瓷的时候，在对引脚进行焊接的时候要采取铅银铜等材料。当倒装焊接的外壳材料为无机材料的时候，就是低温共烧陶瓷、高温共烧陶瓷、氮化铍陶瓷等等，工作人员在进行引脚焊接的时候采取PB焊球和焊柱在进行施工[3]。

（二）气密性结构设计

在气密性的封装设计过程中为了保障结构的质量，一般会采取低温合金焊料焊接和平行焊接，以及其他的贮能焊和激光焊接等等。

在密封的结构和施工温度都是要保持在一个较低的环境中的时候，一般是采取低温合金的一种焊接或者是平行焊缝，焊接的过程中杜低温的玻璃在高温的环境中融化之后，在结构元件的密封位置进行融合从而完成气密性结构的封装。在进行其他的气密性检测的时候，要对焊接材料的热膨胀系数和实际工作的性能进行严格的检测，保障该集成电子器件的质量和气密性安全可靠

四、结束语

在今后的倒装焊器件封装结构的设计过程中要贴近实际的工作环境和性能要求，不断提高集成电路的焊接质量。

参考文献：

[1]敖国军,张国华,蒋长顺,张嘉欣.倒装焊器件封装结构设计[J].电子与封装,2013,1309:6-9+17.

[2]李欣燕,李秀林,丁荣峥.倒装焊器件的密封技术[J].电子与封装,2010,1009:1-4.

[3]关荣锋,赵军良,刘胜,张鸿海,黄德修.倒装芯片互连技术在光电子器件封装中的应用[J].河南理工大学学报(自然科学版),2005,01:50-54.