杰爾系統(tǒng)突破性封裝新材料克服無鉛障礙

　　杰爾系統(tǒng)((杰爾系統(tǒng) Systems, NYSE: AGR.A, AGR.B)日前宣布，該公司的工程師已經(jīng)找到了半導(dǎo)體封裝材料成分的新組合，使半導(dǎo)體行業(yè)能夠成功地實現(xiàn)無鉛封裝。該公司創(chuàng)新的方法可在封裝過程中去除鉛，并消除了在推出無鉛封裝產(chǎn)品時存在的潛在缺陷。

　　杰爾系統(tǒng)的半導(dǎo)體封裝新技術(shù)可提高芯片的可靠性和性能，并完全去除目前在芯片中廣泛使用的有害成分-鉛。雖然歐盟強(qiáng)制使用無鉛半導(dǎo)體封裝至今僅有一年的時間，但這項限制未來將會被推廣至全世界的每種半導(dǎo)體封裝，這將影響到總市值達(dá)1660億美元的半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)中之?dāng)?shù)萬億顆芯片。每家制造或使用芯片的電子產(chǎn)品廠商都正努力尋找適合的的材料組合，以使其產(chǎn)品能銷售至歐洲以及其它制定類似法律的國家。杰爾系統(tǒng)此項研究成果即解決了工藝變更中時遇到的各種潛在問題。

　　與業(yè)界大多數(shù)廠商一樣，杰爾系統(tǒng)致力于研究正確的封裝材料組合，希望借此制造出可靠的無鉛產(chǎn)品。杰爾系統(tǒng)的發(fā)現(xiàn)主要歸功于其在出貨前評估產(chǎn)品品質(zhì)時，充分考慮到了客戶的需求。

　　目前，大多數(shù)芯片封裝都會在銅金屬上覆蓋一層錫與鉛材料。在封裝行業(yè)向無鉛封裝轉(zhuǎn)移時時，許多封裝將僅在銅表面覆上一層錫，并且通過電子設(shè)備制造商以遠(yuǎn)高于封裝內(nèi)部鉛材料熔點的溫度下進(jìn)行生產(chǎn)。杰爾系統(tǒng)的研究成果顯示：銅上覆錫的封裝能通過現(xiàn)今許多專為含鉛組件所制定之產(chǎn)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)測試。然而，當(dāng)以客戶的角度來使用這些組件時，杰爾系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)在量產(chǎn)銅上覆錫的封裝時會形成 “錫須”，從而導(dǎo)致電子短路或斷線，并造成其它系統(tǒng)錯誤。

　　JEDEC固態(tài)科技協(xié)會的三項測試加上美國國家電子制造業(yè)創(chuàng)進(jìn)會（MEMI, National Electronics Manufacturing Initiative）的技術(shù)指南，能更有效率地過濾出錫須。在三項測試中有兩項測試顯示出，在銅上覆霧錫(matte-tin)與銅上覆鎳底霧錫(nickel undercoated matte-tin)這兩種材料組合之間并沒有明顯的不同。杰爾系統(tǒng)的第三項測試結(jié)果則顯示在銅與錫層之間加入一層鎳，在客戶的現(xiàn)實生產(chǎn)環(huán)境中將產(chǎn)生大幅改進(jìn)的效果。

“錫須”問題

　　杰爾系統(tǒng)在生產(chǎn)無鉛封裝時，曾運(yùn)用不同的鍍錫工藝來評估多種半導(dǎo)體封裝技術(shù)。杰爾系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)以錫取代鉛作為金屬電鍍材料時，在經(jīng)過無鉛組裝制程后在半導(dǎo)體封裝上會長成 “錫須”。由于錫須的長度足以造成短路，并導(dǎo)致電子系統(tǒng)產(chǎn)生故障，進(jìn)而演變成一項嚴(yán)重的問題。為解決這項問題，杰爾系統(tǒng)在錫與銅組件層之間加入一層鎳，結(jié)果發(fā)現(xiàn)能抑制錫須的成長。杰爾系統(tǒng)已將這方面的研究結(jié)果整理成一份白皮書，發(fā)表正在公司網(wǎng)站上(www.agere.com).

　　杰爾系統(tǒng)封裝與互連技術(shù)部門總監(jiān)Melissa Grupen-Shemansky博士表示：”我們發(fā)布此項發(fā)現(xiàn)，是希望半導(dǎo)體行業(yè)能借鑒我們的方法，以避免在采用銅與錫金屬封裝技術(shù)時所遭遇的問題。我們運(yùn)用科學(xué)的方法長時間測試多種選項，結(jié)果發(fā)現(xiàn)杰爾系統(tǒng)的錫-鎳-銅組合能解決在高溫、高濕度儲存環(huán)境所產(chǎn)生的錫須問題?！?/P>

　　NEMI錫須測試小組與杰爾系統(tǒng)合作進(jìn)行了一項獨立研究，其初步結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在商業(yè)化量產(chǎn)組件的銅上覆錫封裝上產(chǎn)生許多錫須，NEMI預(yù)計將在2005年發(fā)布其研究結(jié)果。

　　在電子系統(tǒng)中，微芯片通常是運(yùn)用一層塑料或陶瓷外層作為保護(hù)，也就是所謂的封裝。芯片封裝提供三大主要功能：保護(hù)芯片免于受到外界的破壞、支持電子連結(jié)以及散熱。直到現(xiàn)在，許多封裝的外層通常會覆有金屬針腳，將錫鉛電鍍芯片連結(jié)至電路板，以便使能有效且可靠的將焊錫連結(jié)至系統(tǒng)電路板。將鉛加入金屬電鍍合金能有效抑制錫成長或造成 “錫須”現(xiàn)象。錫須長成的原因是一種壓力釋放的機(jī)制，長成的錫須長度達(dá)到一定上限時就會影響電子聯(lián)機(jī)，進(jìn)而造成微芯片的故障。

　　許多企業(yè)在轉(zhuǎn)移至無鉛封裝時運(yùn)用錫或銅的組合。然而，當(dāng)計算機(jī)設(shè)備供貨商在面臨特定的組裝狀況下，進(jìn)行長時間的可靠度研究時即發(fā)現(xiàn)運(yùn)用錫-銅的材料組合往往會長成錫須。杰爾系統(tǒng)在評估多家封裝廠商的樣本時，發(fā)現(xiàn)這些解決方案無法滿足電子產(chǎn)業(yè)在確保長期可靠度的應(yīng)用需求。杰爾系統(tǒng)的研究結(jié)果則顯示出錫-鎳-銅的組合是一項可靠的替代方案。