電子制造技術(shù)：利用無鉛無鹵素和導(dǎo)電膠材料

目錄
第1章無公害電子制造技術(shù)簡介1
11工業(yè)發(fā)展趨勢1
111汽車工業(yè)1
112電子工業(yè)2
12全球無公害制造技術(shù)的發(fā)展趨勢3
121政府行為3
122工業(yè)行為3
123研究發(fā)展行為4
124教育行為4
125全球在無公害電子制造技術(shù)方面的努力5
13無公害電子制造技術(shù)的發(fā)展趨勢6
131集成電路制造8
132集成電路封裝9
133印刷電路板9
134無鉛焊料10
135不含鹵素的阻燃劑11
136導(dǎo)電膠12
137終身管理制12
致謝13
參考文獻13
第2章應(yīng)用無鉛焊料實現(xiàn)芯片（或晶片）級的互連21
21簡介21
22凸點下金屬化21
221不帶電鍍的鎳磷浸金凸點22
222鋁鎳釩銅凸點24
23應(yīng)用無鉛焊料的微球圓片凸點25
231微球晶片凸點概述25
232微球的制備26
233微球的控制28
234微球圓片凸點28
24置于圓片上的錫銀銅焊料球31
241晶片級芯片尺寸封裝（WLCSP）31
242帶有應(yīng)力緩釋層的圓片級芯片尺寸封裝32
25在帶有NiAu金屬凸點硅片上掩膜印刷SnAg焊料34
251在不電解鎳與焊料間的界面態(tài)34
252金屬互化物(IMC)和富磷鎳層的生長36
253凸點切向斷裂面38
26鎳金作為凸點下金屬層的硅片上應(yīng)用錫銅.錫銀鉍.錫銀銅等
焊料的掩膜印刷40
261回流化焊料凸點間的界面40
262合金化焊料凸點間的界面42
263焊料凸點的剪切力43
27在帶有鈦銅金屬化層的硅片上掩膜印刷錫銅.錫銀鉍.錫銀銅
焊料44
271回流后焊料凸點間的界面44
272合金化焊料凸點間的界面45
28在帶有鋁鎳釩銅凸點下金屬層的硅片上焊料的掩膜印刷46
致謝47
參考文獻47
第3章在印刷電路板/襯底上用無鉛焊料實現(xiàn)圓片級芯片尺寸
封裝（WLCSP）51
31簡介51
32應(yīng)用應(yīng)力緩釋層實現(xiàn)錫銀銅圓片級芯片尺寸封裝時焊料連接的可靠性51
321有限元分析結(jié)果51
322熱循環(huán)分析結(jié)果52
323應(yīng)力緩釋層對電容的影響55
33應(yīng)用TiCu和NiAu凸點下金屬化層實現(xiàn)SnAg.SnAgCu的WLCSP
封裝時焊料連接的可靠性57
331等溫條件下疲勞試驗結(jié)果57
332熱循環(huán)疲勞試驗結(jié)果59
34應(yīng)用鋁鎳釩銅UBM實現(xiàn)WLCSP封裝時錫銀.錫銀銅.錫銀銅
銻.錫銀銦銅等焊料連接的可靠性62
341在陶瓷襯底實現(xiàn)錫銀.錫銀銅.錫銀銅銻.錫銀銦銅WLCSP
封裝的熱疲勞試驗結(jié)果63
342在印刷電路板上實現(xiàn)SnAgCu的WLCSP封裝的熱疲勞試驗
結(jié)果63
343在印刷電路板上實現(xiàn)SnAgCu的WLCSP封裝的高溫儲存64
344在印刷電路板上SnAgCu的WLCSP封裝的剪切力64
致謝67
參考文獻67
第4章無焊料凸點實現(xiàn)芯片（或圓片）級的互連74
41簡介74
42適于使用無電鍍鎳金.電鍍金和電鍍銅凸點的硅片74
43不帶電的鎳磷浸金凸點75
431材料和工藝流程75
432鈍化層斷裂78
44電鍍金凸點78
441材料和工藝流程78
442凸點的規(guī)格和測量方法79
45電鍍銅凸點79
451材料和工藝流程79
452需特別注意的方面79
46電鍍銅連線80
461結(jié)構(gòu)80
462材料制備及工藝流程80
47連線壓焊的微彈簧81
471材料及其制備過程81
472需特殊考慮的方面81
48連線壓焊的金鈕栓凸點82
481材料及其制備過程82
482設(shè)備83
49連線壓焊的銅鈕栓凸點88
491材料及其制備過程88
492剪切力89
致謝90
參考文獻91
第5章在印刷電路板/襯底上應(yīng)用無焊料凸點的圓片級芯片尺寸
封裝（WLCSP）92
51簡介92
52帶有各向異性導(dǎo)電薄膜的印刷電路板上應(yīng)用金.銅.鎳金凸點的
WLCSP封裝的設(shè)計.材料.工藝過程和可靠性92
521印刷電路板（PCB）93
522各向異性導(dǎo)電薄膜（ACF）93
523采用各向異性導(dǎo)電薄膜（ACF）的板上倒裝片裝配（FCOB）94
524采用各向異性導(dǎo)電薄膜（ACF）的板上倒裝片裝配系統(tǒng)（FCOB）
的溫度循環(huán)測試97
525采用各向異性導(dǎo)電薄膜（ACF）的板上倒裝片裝配系統(tǒng)（FCOB）
表面絕緣電阻（SIR）的測試97
526小結(jié)98
53在襯底上使用焊料或黏結(jié)劑的銅連線圓片級芯片尺寸封裝
（WLCSP）99
54在PCB板/襯底上使用焊料或黏結(jié)劑的微彈簧WLCSP99
55在帶有茚并羧酸（ICA）印刷電路板的金鈕栓凸點WLCSP100
551材料及其制備流程101
552適用于SBB技術(shù)的設(shè)備101
56在翹曲基板上使用茚并羧酸(ICA)的金鈕栓凸點圓片級芯片尺寸
封裝(WLCSP)103
561材料及其制備過程104
562量化測試和結(jié)果107
57在PCB板上使用ACP/ACF進行金鈕栓凸點WLCSP封裝107
571帶有不導(dǎo)電填料的ACF/ACP107
572DSC測試結(jié)果108
573DMA測試結(jié)果109
574TMA測試結(jié)果109
575TGA測試結(jié)果111
57685℃/85%相對濕度測試及結(jié)果111
577熱循環(huán)測試及結(jié)果112
58被擴散到帶NCA的金焊盤PCB板的金鈕栓凸點WLCSP封裝112
581材料及其制備過程113
582可靠性114
59使用NCA在焊盤鍍金柔性襯底上進行金鈕栓凸點WLCSP封裝115
591材料及其制備過程115
592可靠性118
510在PCB板上使用無鉛焊料的銅鈕栓凸點WLCSP封裝119
5101材料及其制備過程119
5102可靠性120
致謝121
參考文獻122
第6章適用于集成電路封裝的無公害鑄模化合物125
61簡介125
62適于塑料方形扁平封裝（PQFP）的無公害鑄?；衔?26
621阻燃系統(tǒng)——添加型阻燃劑126
622耐火系統(tǒng)——新型樹脂系統(tǒng)127
623回流溫度的升高對鑄?；衔锏挠绊?28
624配合無鉛焊接的不含鹵素的鑄?；衔?32
63適于塑封焊球陣列封裝（PBGA）的無公害鑄?；衔?35
631不含鹵素的阻燃劑機制135
632由于Tg值的離差引起的PBGA封裝翹曲137
633由于應(yīng)力吸收機制引起PBGA封裝的翹曲140
64適于制造自動化的PBGA封裝的無公害鑄?；衔?41
641不含鹵素的阻燃樹脂142
642樣品的制備143
643Tg.收縮.黏性等對封裝共面的影響144
644濕度靈敏度的測試145
致謝147
參考文獻147
第7章集成電路封裝中無公害襯底貼裝薄膜149
71簡介149
72無公害襯底貼裝薄膜149
721鉛模PQFP封裝中使用的充銀薄膜DF3357149
722BT襯底PBGA封裝和芯片尺寸封裝（CSP）使用的絕緣膜
DF400152
73無公害銦錫襯底貼裝鍵合工藝155
731銦錫相圖156
732銦錫焊料連接的設(shè)計和工藝流程157
733銦錫(InSn)焊料結(jié)點的特性158
致謝160
參考文獻160
第8章常規(guī)PCB板在環(huán)保方面的問題162
81簡介162
82電子產(chǎn)品對環(huán)境的影響163
821環(huán)保方面需要主要考慮的問題164
822能源問題166
823化學(xué)問題167
824廢棄物和可循環(huán)使用物174
825無公害電子產(chǎn)品的設(shè)計175
83針對印刷電路板行業(yè)環(huán)保方面的研究和探索177
831減小能源和溶劑的使用量178
832在印刷電路板中可更新的樹脂179
833拆卸時可重復(fù)使用的密封劑180
84無鹵素替代物方面研究的源動力181
841背景和難點182
842源動力182
843可供選擇的材料183
844設(shè)計的測量和性能183
參考文獻184
第9章起阻燃作用的含鹵素和不含鹵素的材料186
91簡介186
92溴化阻燃劑187
921產(chǎn)品方面187
922分類188
923風(fēng)險評估190
93無鹵素阻燃劑毒物學(xué)方面的研究192
931基礎(chǔ)知識192
932脫氮作用194
933生物測定流程194
94阻燃塑料在環(huán)保方面的作用196
941阻燃聚碳酸酯196
942自熄滅的環(huán)氧樹脂化合物199
參考文獻201
第10章環(huán)保型印刷電路板的制造203
101簡介203
102PCB板的環(huán)保型設(shè)計203
1021流程模擬203
1022健康指數(shù)評估205
1023電路板的優(yōu)化設(shè)計207
1024壽命周期分析(LCA)209
103綠色印刷電路板的生產(chǎn)210
1031基本流程211
1032工藝流程的調(diào)整211
1033環(huán)境方面的影響214
104環(huán)保的保形涂料215
1041基礎(chǔ)知識215
1042涂料的選擇216
1043加工方法216
1044分配方法217
1045工藝流程問題219
參考文獻220
第11章無鉛焊料方面國際研究狀況221
111簡介221
112較早時期無鉛焊料的研究狀況222
113近期無鉛焊料的研究狀況222
114日本在這方面若干措施產(chǎn)生的影響225
115美國在這些方面的反應(yīng)225
116什么叫無鉛連接?227
117無鉛焊料的關(guān)鍵問題228
118目前可用的無鉛焊料228
1181錫965/銀35（Sn965/Ag35）228
1182錫993/銅07（Sn993/Cu07）228
1183錫銀銅（SnAgCu）228
1184錫銀銅+其他（SnAgCuX）229
1185錫銀鉍+其他（SnAgBiX）229
1186錫銻（SnSb）230
1187錫鋅+其他（SnZnX）230
1188錫鉍（SnBi）230
119成本方面的考慮231
1110印刷電路板的終端處理231
1111元器件231
1112熱破壞實驗232
1113其他需要考慮的問題232
1114協(xié)會活動233
1115協(xié)會的觀點233
1116先行者的選擇是什么呢?233
1117可能的解決方法234
1118無鉛的材料安全嗎?235
1119小結(jié)235
1120相關(guān)信息來源235
11201相關(guān)法律的制定235
11202參與此項工作的獨立的公司和電子工業(yè)機構(gòu)236
11203目前被考慮的合金237
參考文獻237
第12章無鉛焊料合金的發(fā)展238
121相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)238
122毒性239
123成本和可利用性241
124無鉛合金的發(fā)展?fàn)顩r241
1241目前正在使用的合金241
1242合金的調(diào)整和發(fā)展241
125無鉛合金的研究狀況248
126不同國家對各種無鉛合金使用的傾向性264
1261日本的情況264
1262歐洲的情況266
1263北美洲的情況266
1264區(qū)域性選擇情況的對比266
127有關(guān)專利方面的情況267
128結(jié)論268
參考文獻268
第13章主要的無鉛合金273
131共熔錫銀合金(SnAg)273
1311物理特性273
1312力學(xué)性能274
1313浸潤特性278
1314可靠性281
132共熔錫銅合金（SnCu）286
1321物理特性286
1322機械特性287
1323浸潤特性287
1324可靠性288
133錫銀鉍合金(SnAgBi)和錫銀鉍銦合金(SnAgBiIn)292
1331物理和機械特性292
1332浸潤特性295
1333可靠性296
134錫銀銅合金(SnAgCu)和錫銀銅+其他(SnAgCuX)299
1341物理特性299
1342機械特性302
1343浸潤特性308
1344可靠性312
135錫鋅合金(SnZn)和錫鋅鉍合金(SnZnBi)321
1351物理特性321
1352機械特性321
1353浸潤特性322
1354可靠性323
136小結(jié)325
參考文獻326
第14章無鉛表面處理330
141簡介330
142印刷電路板無鉛表面磨光處理方案331
143有機焊料性能保護劑(OSP)332
1431苯并三唑（BTA）332
1432咪唑335
1433苯甲亞胺336
1434預(yù)焊劑340
144鎳金(Ni/Au)341
1441電解Ni/Au342
1442非電鍍鎳/浸金344
1443非電鍍鎳/非電鍍（自動催化）金349
145浸銀350
146浸鉍357
147鈀（Pd）359
1471浸金或非浸金電解鈀359
1472浸金或非浸金非電鍍（自動催化）鈀362
148非電鍍鎳/鈀/（閃金）363
149鎳鈀(其他)(Ni/Pd(X))365
1491電解鎳/鈀鈷/閃金(Ni/PdCo/Auflash)365
1492無電鎳/鈀鎳/閃金（Ni/PdNi/Auflash）365
1410錫367
14101電解錫367
14102浸錫369
1411電解鎳錫374
1412錫鉍（SnBi）376
14121浸錫鉍合金376
14122電解錫鉍合金377
1413錫銅(熱氣焊料)377
1414電解錫鎳378
1415固體焊料沉淀（SSD）379
14151熱氣焊料（HASL）379
14152Optipad380
14153Sipad381
14154PPT382
14155焊料覆層383
14156焊接噴射383
14157高級焊料384
1416印刷電路板表面處理小結(jié)384
1417元件表面處理選擇方案386
1418鎳金（ENIG）387
1419電解鈀387
1420非電鍍鎳鈀387
1421電解鈀鎳388
1422錫388
1423電解錫銀389
1424電解錫鉍390
1425錫銅390
1426元件表面處理小結(jié)392
參考文獻392
第15章無鉛焊接的實現(xiàn)398
151與帶有表面貼裝技術(shù)回流工藝無鉛焊接的兼容性398
1511兼容性評估的試驗方案398
1512兼容性研究結(jié)果402
1513需考慮的額外因素409
1514兼容性評估411
152無鉛波焊的實現(xiàn)411
153回流條件對無鉛焊接的影響413
154無鉛黏膠焊接的焊劑要求417
155無鉛黏膠操作的焊劑要求419
156無鉛焊料黏膠的清潔性能419
157無鉛殘渣清理的焊劑要求422
158無鉛殘渣清理的化學(xué)試劑/工藝流程422
159無鉛焊料黏膠的選擇423
參考文獻424
第16章無鉛焊接的難點426
161表面處理的難點426
1611黑焊盤426
1612外部裂化/漏掉電鍍428
1613錫須428
1614表面處理清潔阻抗433
162焊接的難點433
1621金屬互化物433
1622金屬渣滓434
1623波峰焊接組分435
1624鉛摻雜436
1625填料上浮440
1626吸濕性能差444
1627空洞444
1628粗糙連接形貌446
163可靠性的難點446
1631錫制的有害物446
1632金屬互化物小盤447
1633硬節(jié)點448
1634熱損傷448
1635焊劑殘留物的清理449
1636導(dǎo)電陽極電阻絲450
164沒能解決的難點451
參考文獻453
第17章導(dǎo)電膠的介紹458
171電子封裝：簡單的回顧458
172導(dǎo)電膠技術(shù)綜述460
1721各向異性導(dǎo)電膠（ACA）461
1722各向異性導(dǎo)電膠（ICA）464
173導(dǎo)電膠相關(guān)技術(shù)的基本知識和替代焊料的發(fā)展趨勢470
174研究目標(biāo)471
1741銀膜上的有機潤滑劑的化學(xué)組分和特征471
1742導(dǎo)電膠的導(dǎo)電機理研究472
1743在常規(guī)金屬上導(dǎo)電膠接觸電阻不穩(wěn)定的主要原因和接觸電阻
穩(wěn)定性研究472
1744具有良好導(dǎo)電性.穩(wěn)定的接觸電阻和抗沖擊的導(dǎo)電膠的研究
進展472
175研究概況473
致謝473
參考文獻474
第18章導(dǎo)電膠電導(dǎo)率的建立477
181簡介477
182實驗477
1821材料477
1822導(dǎo)電膠透射電鏡方法（TEM）研究478
1823處理過程中傳導(dǎo)性的建立478
1824卷曲收縮量的測量478
1825在外部壓力下銀顆粒和導(dǎo)電膠電導(dǎo)率的變化479
1826具有導(dǎo)電黏附和潤滑特征的薄銀片電導(dǎo)率的建立479
1827處理時模量變化的測量479
1828導(dǎo)電膠的處理479
1829交聯(lián)密度測試480
183結(jié)果與討論480
1831銀薄片間顆粒內(nèi)連接的觀察480
1832處理時導(dǎo)電膠導(dǎo)電性的建立480
1833銀片潤滑層與導(dǎo)電膠傳導(dǎo)性之間關(guān)系的研究482
1834翹曲收縮與電導(dǎo)率關(guān)系的研究484
184結(jié)論490
參考文獻490
第19章導(dǎo)電膠接觸電阻不穩(wěn)定的機理研究491
191簡介491
192實驗493
1921材料概述493
1922體電阻漂移的研究493
1923接觸電阻漂移的研究493
1924氧化物形成的研究494
193結(jié)果和討論494
1931接觸電阻漂移現(xiàn)象494
1932接觸電阻潛在不穩(wěn)定性現(xiàn)象的機理研究496
1933金屬氧化物形成的觀測500
194結(jié)論501
參考文獻502
第20章導(dǎo)電膠接觸電阻的穩(wěn)定性503
201簡介503
2011影響電化腐蝕的因素503
2012防電化腐蝕的添加劑（氧氣清道夫）503
202實驗505
2021材料505
2022接觸電阻測試裝置505
2023導(dǎo)電膠翹曲行為的研究505
2024導(dǎo)電膠動態(tài)特性的研究505
2025濕度吸收的測試506
2026黏結(jié)強度的測試506
203結(jié)果與討論506
2031電解對接觸電阻漂移的影響506
2032濕度吸收對接觸電阻漂移的影響507
2033應(yīng)用添加劑提高接觸電阻的穩(wěn)定性507
204結(jié)論512
205小結(jié)513
參考文獻513
英漢術(shù)語對照516
作者簡介546