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芯片封装过程中的“老化”工艺

时间:2025-12-05 10:33 作者:小编 分享到:

    在芯片封装流程中,IR Reflow(红外线回流焊)并非传统意义上的“老化工艺”(老化工艺通常指长期高温/高湿环境下筛选失效器件的Burn - in),而是核心的焊接工艺——其核心目的是通过红外线加热使焊料(如焊膏、焊球)熔化、润湿并固化,实现芯片(Die)与基板(Substrate)、基板与PCB之间的可靠电气连接与机械固定。以下从工艺本质、核心目的、关键作用维度展开详细说明:

一、先明确概念:IR Reflow 是“焊接工艺”,而非“老化工艺”
芯片封装中的“老化工艺”(Burn - in)主要是在封装后,将器件置于高温(如85℃/125℃)、高湿(如85%RH)、偏压等应力环境下持续数小时至数十小时,筛选出早期失效的器件(如存在微缺陷的芯片、虚焊的焊点),确保交付器件的长期可靠性;

而IR Reflow(红外线回流焊)是利用红外线的热辐射特性,对焊料进行精准加热的“焊接过程”,是实现“芯片 - 基板 - PCB”物理/电气连接的核心步骤,通常在封装中段(芯片贴装后)或后段(封装体与PCB组装时)执行。

二、IR Reflow 的核心目的:实现“可靠的焊料连接”
焊料(如Sn - Pb、无铅焊料Sn - Ag - Cu)是芯片与基板、基板与PCB之间的“连接桥梁”,但焊料在常温下为固态,无法实现有效接触——IR Reflow 通过**“升温 - 保温 - 峰值 - 降温”的四段式温度曲线**,让焊料完成“熔化→润湿→扩散→固化”的过程,最终形成低电阻、高机械强度的焊点,具体目的可拆解为3点:

1. 电气连接:降低接触电阻,确保信号/电流稳定传输
芯片的I/O引脚(或凸点/Bump)、基板的焊盘、PCB的焊盘均为金属材质(如Cu、Ni、Au),但常温下金属表面易形成氧化层,直接接触时电阻极高,无法满足芯片的信号传输(如高频信号)和电流供给需求。

IR Reflow的作用:

·加热过程中,焊料熔化后会“润湿”金属焊盘表面,溶解氧化层并与金属基材发生金属间化合物(IMC,如Cu₃Sn、Cu₆Sn₅)反应;

·固化后形成的IMC层是“低电阻通道”,确保芯片与外部电路的电流/信号无损耗传输,避免因接触不良导致的信号延迟、功耗升高或电路失效。

2. 机械固定:形成高强度焊点,保障封装结构稳定性
芯片封装后需承受后续组装(如PCB贴装)、运输、使用过程中的振动、冲击、热应力(如温度循环),若芯片与基板、基板与PCB之间无可靠机械连接,易出现“芯片脱落”“焊点开裂”等问题。

IR Reflow的作用:

·焊料固化后具有一定的机械强度(如无铅焊料Sn - Ag - Cu的抗拉强度约45 - 55MPa),能将芯片、基板、PCB“紧密固定”,形成一体化结构;

·合理的温度曲线可避免焊料中产生气泡、空洞(空洞率需控制在5%以下),减少焊点的机械应力集中,提升封装体的抗冲击/抗振动能力。

3. 工艺兼容性:适配不同封装形式的焊接需求
IR Reflow的加热方式(非接触式热辐射)具有“加热均匀、温度可控性高”的特点,可适配不同封装类型的焊接需求,是封装工艺中通用性极强的核心步骤,例如:

·倒装芯片(Flip Chip)封装:通过IR Reflow熔化芯片凸点(Bump)与基板焊盘间的焊料,实现“面朝下”的直接连接;

·球栅阵列(BGA/CSP)封装:通过IR Reflow熔化封装体底部的焊球,实现与PCB的批量焊接;

·引线键合(Wire Bonding)后的基板 - PCB连接:通过IR Reflow焊接基板与PCB的引脚,完成整个封装的外部电路连接。

三、关键补充:IR Reflow 与“老化工艺(Burn - in)”的协同作用
虽然二者本质不同,但在芯片可靠性保障中形成协同:

1.IR Reflow 先实现“可靠的焊点连接”——若焊点存在虚焊、空洞等缺陷,后续Burn - in过程中会因热应力/电应力集中导致焊点失效;

2.Burn - in 再筛选“早期失效器件”——包括IR Reflow未完全暴露的微焊点缺陷、芯片本身的早期故障,最终确保交付给客户的芯片在长期使用中(如汽车电子、工业控制的10年 + 寿命需求)稳定可靠。

综上,IR Reflow的核心目的是通过精准加热实现焊料的可靠固化,建立芯片与外部电路的电气连接和机械固定,是芯片封装从“零散组件”到“功能器件”的关键转化步骤,其工艺质量直接决定了芯片的电气性能、机械可靠性和长期使用寿命。


                                                                                                                                 文章归原作者所有,转载仅为分享和学习使用,不做任何商业用途!内容如有侵权,请联系本部删除!

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