Materialul aliajului de lipit servește ca interconexiune electrică și mecanică în împachetări electronice. Interconexiunile din împachetarea electronică sunt, în general, clasificate pe trei niveluri. Nivelul zero este o interconexiune pe siliciul în sine, care este realizată în timpul procesării plachetelor. Acest nivel de interconectare nu va fi discutat în acest capitol deoarece nu implică materialul aliajului de lipit. Interconexiunile de nivelul unu sunt realizate între matriță și substrat și formează, în general, pachetul. Câteva exemple de aceste interconexiuni includ îmbinări de lipit C4 (conexiune controlată a cipului de colaps) și legătura cu sârmă. Interconexiunile de nivelul doi sunt îmbinări între substrat și PCB (placă de circuit imprimat). Acestea țin pachetul pe PCB. Exemple dintre acestea includ îmbinările de lipit BGA (matrice de grilă bile) și lipirea pachetelor plumbuite.
Solder material serves as an electrical and mechanical interconnect in electronic packaging. Interconnects in electronic packaging are generally categorized into three levels. The zeroth level is an interconnect on the silicon itself which is made during wafer processing. This level of interconnect will not be discussed in this chapter as it does not involve the solder material. Level one interconnects are made between the die and the substrate and generally form the package. Some examples of these interconnects include C4 (controlled collapse chip connection) solder joints and wirebonding. Level two interconnects are joints between the substrate and the PCB (printed circuit board). These hold the package to the PCB. Examples of these include BGA (ball grid array) solder joints and leaded package soldering.

În secțiunile următoare, tehnologiile cheie ale îmbinărilor cu aliaj de lipit (cum ar fi tehnologia de montare pe suprafață, tehnologia pin-through-hole și tehnologia flip chip) sunt descrise pe scurt. Acest capitol prezintă, de asemenea, diferitele procese de lipire și evoluția materialelor aliajelor de lipit. Se pune accent, de asemenea, pe modul în care caracteristicile materialelor aliajelor de lipit influențează performanțele îmbinării lipite. Sunt de asemenea discutate studii de fiabilitate în ceea ce privește comportamentul mecanic, ciclul de temperatură și impactul picăturii.
In the following sections, the key solder joint technologies (like surface mount technology, pin-through-hole technology, and flip chip technology) are briefly described. This chapter also presents the various soldering processes and the evolution of solder materials. Emphasis is also placed on how material characteristics of solder impact the solder joint performance. Reliability studies in terms of mechanical behavior, temperature cycling, and drop impact are also discussed.

Tehnologia de montare pe suprafață (SMT)

În majoritatea electronicelor portabile, cum ar fi telefoanele mobile, pachetele SMT sunt foarte frecvente, deoarece procesul de fabricație pentru acestea este foarte matur, făcându-le astfel relativ ieftine de fabricat. În pachetele SMT, matrița de siliciu (Si) este legată cu sârmă de cadru de plumb. Însă, există limitări în ceea ce privește lungimea legăturilor de sârmă, deoarece legăturile de sârmă mai lungi sunt mai susceptibile la alungirea sârmei în timpul procesului de încapsulare. Se spune că alungirea sârmei a avut loc atunci când legăturile de sârmă adiacente se mișcă și vin în contact, rezultând un scurtcircuit. Pentru a preveni acest lucru, plăcuțele de legătură sunt în general situate la periferia matriței. Picioarele cadrului de plumb pot fi îndoite în aripi de pescărș sau în aripi-J și sunt plasate pe plăcuțele de legătură ale PCB-ului pe care este imprimată pastă de lipit. Acest ansamblu este supus procesului de reflow, rezultând formarea îmbinărilor de lipit. O diagramă schematică a pachetului leadframe montat pe PCB folosind SMT este prezentată în Fig. 1.
In most portable electronics such as mobile phones, SMT packages are very common as the manufacturing process for this is very mature, thus making them relatively cheap to manufacture. In SMT packages, the silicon (Si) die is wirebonded to the leadframe. However, there are limitations on the length of wirebonds as longer wirebonds are more susceptible to wire sweep during the encapsulation process. Wire sweep is said to have occurred when adjacent wirebonds move and come into contact, resulting in short circuit. To prevent this, wirebond pads are generally located at the periphery of the die. The legs of the leadframe can be bent into gull wings or J-wings and are placed onto the bond pads of the PCB which has solder paste printed on it. This assembly is subjected to the reflow process, resulting in the formation of solder joints. A schematic diagram of the leadframe package mounted on PCB using the SMT is shown in Fig. 1.

Tehnologia Pin-Through-Hole

Tehnologia pin-through-hole este un alt tip de interconectare de nivel al doilea. În general, are o fiabilitate mecanică mai bună decât SMT, dar este mai scump. Se folosește la pachetele cu cadru de plumb cu picioarele îndoite drept, așa cum se arată în Fig. 2. Găurile sunt făcute pe PCB-uri și sunt placate cu Cu și Sn de imersie. După aceasta, pachetul leadframe este plasat în găuri și suferă un proces de lipire prin val, astfel încât aliajul de lipire se ridică prin găuri, conectând picioarele leadframe la PCB.
Pin-through-hole technology is another kind of second-level interconnection. In general, it has better mechanical reliability than SMT, however it is more expensive. It is used on leadframe packages with the legs bent straight as shown in Fig. 2. Holes are drilled on the PCBs and are plated with Cu and immersion Sn. Following this, the leadframe package is placed into the holes and it undergoes a wave soldering process such that the solder rises through the holes, connecting the leadframe legs to the PCB.

Tehnologia Flip Chip

Tehnologia Flip chip este utilizată în dispozitivele de ultimă generație, cum ar fi procesoarele și produsele server. Acest tip de interconectare este în mare măsură preferat datorită numărului mare de I/O prezente în aceste produse și a lungimii scurte de interconectare, ceea ce are ca rezultat performanțe electrice superioare. Această tehnologie implică răsturnarea suprafeței active de Si, astfel încât să fie îndreptată spre suprafața substratului. O serie de suprafețe de metalizare sub bump (UBM) este fabricată în timpul procesării plachetei peste circuitul activ al siliciului. Aliajul de lipire poate fi galvanizat sau imprimat pe UBM. În afară de o zonă îngustă de blocare la marginile matriței, aceste protuberanțe de lipit acoperă întreaga suprafață a cipului. Îmbinările formate folosind această tehnologie sunt denumite îmbinări C4 (conexiune controlată a cipului de colaps). Acest lucru se datorează faptului că umezirea poate apărea numai pe UBM și nu pe pasivizarea SiO2 din jur, controlând astfel eficient înălțimea îmbinării. O diagramă schematică a acestui ansamblu de pachet este prezentată în Fig. 3.
Flip chip technology is used in higher-end devices such as CPUs and server products. This type of interconnection is largely preferred due to the large number of I/Os present in these products and short interconnect length, which results in superior electrical performance. This technology involves the active Si surface being flipped over such that it faces the surface of the substrate. An area array of under bump metallization (UBM) is fabricated during wafer processing over the active circuitry of the silicon. Solder can be either electroplated or printed on the UBM. Other than a narrow keep-out zone at the edges of the die, these solder bumps cover the entire surface of the chip. Joints formed using this technology are referred to as C4 (controlled collapse chip connection) joints. This is because wetting can occur only on the UBM and not on the surrounding SiO2 passivation, thus effectively controlling the height of joint. A schematic diagram of this package assembly is shown in Fig. 3.

Pe lângă îmbinările C4, îmbinările de lipire cu grilă bile (BGA) suferă, de asemenea, răsturnare în timpul procesului de fabricație. Spre deosebire de îmbinările C4, îmbinările BGA sunt îmbinări de nivel al doilea. În primul rând, bilele de lipit sunt atașate la pachet. Pentru a face acest lucru, pachetul este răsturnat și bilele de lipit sunt așezate pe plăcuțele pachetului și sunt supuse unei etape de reflux. Apoi pachetul este răsturnat pe PCB și întregul ansamblu este supus din nou refluxului.
Besides the C4 joints, ball grid array (BGA) solder joints also undergo flipping during its manufacturing process. Unlike C4 joints, BGA joints are second-level joints. First, the solder balls are attached to the package. To do this, the package is flipped over and solder balls are placed on the pads of the package and undergoes a reflow step. Then the package is flipped onto the PCB, and the whole assembly is subjected to reflow again.