哈尔滨理工大学微电子封装考试复习题Word下载.docx
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c)导电环氧树脂:
低成本、低可靠性
2)高可靠性的焊凸点制作,是在IC还处于圆片阶段时制作焊凸点。
3)蒸发沉积法;
模板印刷法;
电镀法;
钉头凸点法;
钎料传送法;
微球法;
钎料液滴喷射(印刷)法
4)微球法
6、扩散焊在什么情况下会采用中间层?
中间层材料应具有哪些性能?
1)结晶化学性能差别较大的两种材料连接时,极易在接触界面生成脆性金属间化合物。
措施:
选择中间层,使中间层金属与两侧材料都能较好的结合,生成固溶体,则实现良好的连接。
2)两种材料的热膨胀系数差别大,在接头区域极易产生很大的内应力。
用软的中间层(甚至几个中间层)过渡,缓和接头的内应力
3)扩散连接时,中间层材料非常主要,除了能够无限互溶的材料以外,异种材料、陶瓷、金属间化合物等材料多采用中间夹层的扩散连接。
4)中间层可采用多种方式添加,如薄金属垫片、非晶态箔片、粉末(对难以制成薄片的脆性材料)和表面镀膜(如蒸镀、PVD、电镀、离子镀、化学镀、喷镀、离子注入等)。
中间层选择原则
1)容易塑性变形,熔点比母材低。
2)物理化学性能与母材的差异比被连接材料之间的差异小。
3)不与母材产生不良的冶金反应,如不产生脆性相或不希望出现的共晶相。
4)不引起接头的电化学腐蚀。
7、影响扩散焊接头质量的参数有哪些?
如何影响?
怎样确定这些焊接参数?
影响因素-工艺参数:
1)适当压力:
压力增大,塑性变形增大,接触面增加,扩散焊工件一般无宏观塑性变形
2)时间较长:
由扩散速度决定,一般为几十到几百分钟
3)温度:
温度升高有利于连接材料间进行原子扩散和材料软化变形,一般0.6至0.8倍熔点[K]
影响因素-表面氧化膜
1)完全分解型:
Ti、Ti合金、无氧铜在连接的初期阶段,界面氧化物分解并扩散到母材中,对连接过程和质量无影响;
2)完全不分解型:
Al氧化物非常稳定,扩散连接条件下不能分解消失,依靠塑性变形露出清洁面,得到局部连接;
3)部分分解型:
Cu、Fe氧化膜在界面和空隙中聚集并以夹杂物的形态残存下来---氧化膜部分分解及氧向母材中扩散使夹杂减少
4)Au
影响因素-表面粗糙度
1)不仅影响结合面的接触,也影响扩散过程
2)表面凹凸越微细而且规则,空隙的消失越迅速,此时扩散机制起重要作用(而不是空隙总体积小的原因);
3)当表面凹凸的宽度大时(粗糙度较大时),扩散的作用被减弱.
8、热压焊与扩散焊的区别?
a)大塑性变形VS无宏观塑性变形:
b)蠕变不起作用VS蠕变起作用;
c)加热温度较低,时间短,扩散不充分VS0.6-0.8Tm,时间长,扩散充分;
d)扩散+变形+机械嵌合+位错机制VS扩散+变形+再结晶机制
9、控制母材过度溶解(除镀层选择之外的)的措施有哪些?
A:
改善钎料合金成分;
B:
钎料中加入母材元素—降低浓度梯度;
C:
温度控制;
D:
加入惰性元素;
(一定直径的金属丝全部溶解所需要时间)
10、锡基钎料与铜焊盘钎焊时产生的界面结合层是?
钎焊温度过高或钎焊时间过长还会产生的结合层是?
如果采用Au/Ni/Cu焊盘时接合层是?
原因是?
1)Cu3SnCu6Sn5
2)先Cu6Sn5后来温度升高变成Cu3Sn
3)Ni3Sn4金镀层比较薄,在焊接过程中进入到钎料中
11、“立碑”现象的产生原理?
什么情况下易发生?
墓碑现象:
再流焊中片式元件经常出现立起的现象,称之为立碑,又称之为吊桥。
产生原理:
1)元件两端出现非同步润湿。
先润湿的一端在焊料界面张力的作用下克服元件自身重力而将元件牵引抬起。
2)元件两端焊接面的物理状态出现差异,如受热不均或两端锡膏不均等导致一端的锡膏先熔化、元件两端焊盘的可焊性差异等------非同步润湿
3)无铅钎料更易立碑----因为其有更高的界面张力;
氮气保护将增大焊料/元件焊接端的界面张力元件两端润湿力不平衡:
两端锡膏不均等
发生情况:
主要出现于重量较轻的片式无源元件
7、紫斑发生机理?
金—铝键合在器件的高温贮存后,在焊点处金和铝迅速形成一种使导电性能不良的脆性层状化合物,键合强度也下降,化合物呈紫黑色斑点状,故称“紫斑”。
8、Sn晶须的产生条件?
产生条件
1)镀层内部压应力;
2)为了产生局部生长,镀层表面要覆盖着氧化物,即整个表面不能都是自由的表面;
而且表面氧化膜保护层不能太厚,晶须能够穿透某些局部的薄弱部位而得到长大以释放应力
产生原因与机理:
镀Sn层的压应力驱动晶须的形核和长大;
镀层内的压应力能够沿着晶粒边界撕裂镀层外表面的氧化锡层,Sn晶须被认为是被压力从底部推出并生长,从而导致锡须形成。
晶须的生长有利于基体中的压应力的释放。
1、BGA相对周边引脚封装的优点?
PBGA、CBGA相比的优缺点?
PBGA优点:
a)高互连密度;
优良的热学电学性能(芯片下镀通孔将热量直接通过焊球流向母板的导热通道;
电感小)
c)消除了窄节距焊膏印刷困难、降低桥连缺陷
d)焊料回流过程中的自对准功能;
e)较低共面性要求,0.15-0.2mm
f)外形更低;
PBGA:
塑料外壳,非气密性封装,易吸潮,加热易引起内部裂纹膨胀等现象,界面分层与基板性质相似,焊点不容易失效,可靠性高;
陶瓷外壳,气密性好,焊点与基板性质不相似,焊点容易失效,可靠性低。
2、什么是逆压电效应?
指出电子产品制造过程中2种应用逆压电效应的工艺或设备,描述其工艺过程及原理。
当某些晶体材料(如石英晶体)做成的晶体薄片施加交变电场时,晶体内部的质点就会产生机械振动,此现象称为逆压电效应。
发射——在压电晶片制成的探头中,对压电晶片施以超声频率的交变电压,由于逆压电效应,晶片中就会产生超声频率的机械振动——产生超声波;
若此机械振动与被检测的工件较好地耦合,超声波就会传入工件——这就是超声波的发射。
制作凸点方法之钎料液滴喷射(印刷)法,在压电传感器驱动及机械振动触发下,金属流断开形成非常均匀一致的熔化金属液滴偏转电场---控制液滴运动轨迹;
部分液滴喷射到焊盘上----其余进入回收器重复使用;
连续喷射液滴直径是喷嘴直径的两倍;
喷嘴周围同惰性气体---一方面促进液滴的断开喷射,同时防钎料液滴氧化;
8、超声波焊接机的换能器通常是利用什么效应来获得超声振动的?
逆压电效应;
磁致伸缩效应
3、指出并描述电子产品封装过程中2种应用毛细作用的工艺。
波峰焊;
倒装芯片组装
2、芯片表面金属化的作用是?
,芯片表面金属化层的常用材料有哪些?
常用的沉积方法有?
金属化:
沉积一层或多层导电材料形成芯片表面键合区--以便形成芯片与外电路之间的互连。
铝、Cu、铂、钛、钨、钼和金可用于金属化工艺。
铝使用最广泛:
与硅以及二氧化硅的接触电阻小,沸点低、容易实现沉积。
a)化学气相沉积(CVD):
W
b)溅射沉积(物理气相沉积PVD):
Al
4、电子产品基板镀层常用材料有哪些?
1)Sn或Sn/Pb合金:
底层材料合适时---非常好的可焊性
镀层熔化后,立即与熔融的钎料融合---转变为熔焊
2)银
良好导电率和润湿性,--但易电迁移
表面硫化时--润湿性会降低---密封包装并充N2
3)金
极优良的电接触性和软钎焊性,--价格昂贵
极易溶解于Sn/Pb钎料中,凝固时析出IMC
常采用Ni中间层,以减小金层厚度
5、Cu基底焊盘采用Au为外层镀层时通常中间加入中间层的原因是?
选择Ni作中间层的原因是?
铜金直接接触加热时,铜与金相互扩散,而金的扩散快,形成铜与金间的化合物,致密性不好,疏松多孔,已形成弱润湿,所以采用中间层,以改善这种情况。
镍使其扩散慢,形成金属间化合物层薄,可靠性好。
6.一级封装中的IC封装工艺有哪些?
哪些能够实现气密性封装?
模塑封装技术;
层压塑料技术;
模压陶瓷封装(难熔玻璃密封)技术;
共烧层压陶瓷封装技术
共烧层压陶瓷封装技术能够实现气密性封装
1.芯片粘接的方法有哪些?
优缺点?
芯片粘接:
将芯片背面机械地粘接到层压陶瓷或层压基板腔室内的芯片粘接区
方式1-金属合金键合:
材料:
AuSi共晶、AuSn共晶或软钎料;
用于陶瓷封装;
优点:
良好的剪切强度、界面导热性和防潮性;
缺点:
工艺温度较高,会对芯片引入较大的热应力。
方式2-有机粘接:
环氧树脂、聚酰亚胺浆料;
用于陶瓷和塑料封装;
环氧树脂固化温度低,可用于粘接大芯片。
方式3-无机粘接:
填银玻璃,即片状填银环氧粘接剂;
特点:
既可导电、降低芯片背面和基板间的电阻,又可导热,在芯片和封装的支撑物之间提供一条导热通路
2、对比电子器件的鸥翼型引脚、J型引脚的特点?
鸥翼型引脚:
1)吸收应力,与PCB匹配性好;
2)组装面积大,共面性差,引脚易损坏;
3)焊后质量检查容易;
J型引脚:
1)较鸥翼型引脚减小了封装面积;
2)刚性好,引脚不易损坏,共面性好;
3)焊后质量检查困难;
3、扩散焊金属表面氧化膜分哪几种类型?
4.对比热压焊、超声波焊与超声-热压焊的特点和优势?
1)超声波焊:
超声机械去膜,有效连接面积大、温度低,对芯片的热影响小---但金属之间的扩散不足;
加大超声功率可能损坏芯片;
---楔焊过程有方向性,降低效率
2)热压焊:
温度高,有利于金属扩散去膜不充分,连接强度低球焊无方向性,提高生产效率
3)超声-热压焊:
超声焊基础上,衬底加热(一般150℃),CouCoulas1970年发现加热可使焊点处的金属流动性增强—防止超声焊时的应变硬化---利于接触界面增大和焊点的快速键合---提高键合强度。
超声热压接的优势:
要达到规定强度,超声热压接的时间和温度都比热压接小得多,
超声压接一般需要3μm以上的振幅和约1s的时间,
超声热压接只需要其1/10的振幅和1/20的时间。
1、分析电子封装中应用的微连接(包括固-固、固-相态连接)与传统宏观焊接的不同特点?
1)工艺限制
时间在毫秒数量级--材料间不能发生充分的扩散;
时间很短--蠕变变形几乎没有贡献;
为防止对硅片及电路的破坏,温度要尽量低
2)尺寸和表面状态
膜的厚度在微米数量级,硅片的光洁度极高;
塑性变形所起
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- 哈尔滨 理工大学 微电子 封装 考试 复习题