集成电路平行缝焊封装技术

摘 要：本文介绍了平行缝焊机的焊接原理及焊接过程，针对平行缝焊机焊接特点，分析了影响集成电路气密性、内部水汽含量、PIND波动的原因，提出了相关解决措施。

关键词：集成电路；平行缝焊；滚轮电极；盖板

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.05.004

半导体集成电路已广泛应用航空航天、海洋极地等领域，这些领域的环境条件给外壳封装提出了更高的要求，外壳封装不断改进封装形式与技术以保护器件的内部芯片，同样的平行缝焊外壳封装技术也在不断提高与完善。

1 平行缝焊原理

平行缝焊是单面双电极接触电阻焊，是滚焊的一种[1]。利用两个圆锥形滚轮电极与盖板相对运动，脉冲焊接电流从一个滚轮电极通过盖板和焊框，到达另一个滚轮电极回到电源，电流通过滚轮电极与盖板及盖板与焊框之间存在的接触电阻，产生焦耳热量，局部熔融形成焊点，组成连续焊缝。与熔封炉焊接相比，缝焊工艺热量集中在密封区局部，器件内部芯片未受到高温的作用[2]。平行缝焊的特点是局部产生高温，外壳内部的芯片温度低，对芯片不产生热冲击。

2 平行缝焊生产条件

环境温度20℃～25℃；湿度35%～50%；洁净度≤1000级；风速≥0.2m/s。电路烘焙温度150℃；时间48 h； 氮气流量8L/min ；预烘温度150℃；时间60min。焊接夹具、镊子、指套、放静电腕带、铝盘。焊接电极、配套盖板。显微镜、氦质谱检漏仪。

3 主要参数的设置

可以采用的封装形式有：矩形封，圆形封，椭圆封，阵列封[3]。焊接电流：1）扁平陶瓷0.26～0.40kA；2）双列陶瓷0.28～0.42kA；3）镀镍盖板0.30～0.46kA。焊接时间1ms～3ms；压力600g～1500g；速度0.4～0.6in/s；露点≤-40℃；含氧量≤400ppm；

4 缝焊封盖过程控制

检查手套箱，氮气，冷却水离子水水面，机械泵油面。管道接头处求密封良好。机械泵抽真空达到0.2Torr以下。打开电源、启动计算机。进入计算机控制界面，选择封装程序，将外壳放置在封装夹具上，进行缝焊操作。禁用徒手触摸原材料。电路盖板和金属上框要对位准确，不能偏移。注意压盖板的顶针的状态。目检焊接后表面应清洁光亮，无污、无划痕、无变形。显微镜下电路外壳盖板两个边的边缘形成了两条平行的、由重叠的焊点组成的连续的焊缝。

5 缝焊封装完成后出现气密性、内部水汽含量、PIND质量问题及解决方法

（1）气密性问题及解决方法。将封盖后的电路在氦质谱检漏仪中进行细检漏。漏率≤5×10-9 Pa.m3/s为合格，将细检合格的电路置于125℃的氟油中进行粗检漏。有连续气泡冒出的为不合格品，检漏不合格原因：1）焊接电流设置不合适，偏大或偏小。2）盖板的平整度低或者两个滚轮电极连线与盖板平面不平行。3）盖板材料问题。盖板太厚或者盖板是镍盖板。4）真空室污染导致电极打火。5）封装模具加工精度粗糙，尺寸偏差大。6）真空度低，焊接室进入其它气体导致焊接处氧化。7）滚轮电极表面污染或精度低。8）盖板表面与金属上框表面镀层太薄。9）盖板与金属上框表面不平整。10）两个滚轮电极不在同一条轴线上。11）气缸行程不同步或行程不一致。12）滚轮电极对盖板的压力设置偏大或偏小。13）氮氣纯度低。解决办法：1）材料方面。外壳严格按入厂检验标准进行，对平整度、镀层成分和厚度依标准进行检验。2）设备方面。定期更换或者维护滚轮电极及气缸，检查机械泵工作状态及按刻度线加机械泵油。检查真空室的密封性。保证手套箱内始终维正压。对滚轮电极更换进行精确安装。及时更换顶针。3）首件检验。正式生产前必须进行首件检验。4）关注在线氮气纯度的监测。5）按规定进行仪器仪表计量校对。

（2）内部水汽含量问题及解决方法。内部水汽含量是集成电路内部腔体，即对于0.1cm3，允许水汽含量为0.5%（5000ppm）[4]。水汽含量超标就会降低器件可靠性。产生水汽含量超标原因：1）导电胶固化不彻底。即烘焙温度和时间没有达到工艺标准要求的150℃和48 h，结果造成导电胶没有完全固化。2）烘箱的温度仪表出现故障。虽然仪表显示的是150℃，但实际小于150℃。3）导电胶变质。超出贮存期。4）通入工作台焊接室的氮气纯度低，含水量太高。5）真空度偏低，导致水汽没有排除干净。解决办法：1）严格按工艺进行导电胶固化，控制温度、时间符合工艺要求。2）强化设备的维护及管理，对机械泵、气缸等设备及时维护，更换密封手套等。3）设备必须定置在净化度符合工艺要求的工作场所。温湿度达标。4）及时在线监测并控制氮气含水量≤5ppm。5）定期清洁工作室。

（3）PIND问题及解决方法。粒子碰撞噪声检测即PIND的目的在于检测器件封装腔体内存在的自由粒子。PIND超标原因：1）导电胶用量太多，固化后产生了多余物。2）外壳焊接框内边缘存在金属突起。3）焊接工作台表面污染。4）模具表面摩擦产生微粒。5）橡胶工作手套由于摩擦产生微粒。6）工作环境净化度不符合要求。解决办法：1）导电胶用量符合工艺要求。2）强化外壳入厂检验。3）压焊完成后用氮气吹粒子。4）封装前保护外壳清洁。5）定期更换清洗滚轮。6）模具表面进行耐摩擦处理。焊接操作时减少摩擦。7）定期更换橡胶手套。8）使用吸尘器定期洁净焊接室。9）定期清洁烘焙箱。

参考文献：

[1]刘艳.平行缝焊工艺及成品率影响因素[J].电子与封装，2006（03）：35.

[2]李茂松.基于平行缝焊工艺的AuSn合金焊料封盖技术研究[J].微电子学，2007（06）：35.

[3]刘嵩松.平行缝焊的可靠性研究[M].2003中国电子制造技术论坛会暨展会暨七届SMT、SMD技术研讨会论文集，2003.

[4]陈裕焜.GJB548B-2005微电子器件试验方法和程序[M].总装备部军标出版发行部出版，2005.

作者简介：邓春茂（1965-），男，甘肃天水人，专科，电子工程师，公司技术中心负责人，研究方向：集成电路测试技术及可靠性。