ITRS计划中的无凸点阵列技术在2010年后才会有需求；我们仍需要面对面的封装和其他的3-D封装以满足高频、低功耗和小外形尺寸的要求。 藹В讯.调?
尽管一些象素探测器在一个“封装”单位需要的凸点数高达40,000，ITRS的规划却指出消费类电子产品所需的凸点数远少于这些（表2）。除了象素探测器这个小市场之外，大部分窄间距凸点都是由专门的凸点制作商完成的。Unitive和Advanpack公司致力于商业量产的晶圆级凸点制造，他们的客户对节距小于100mm的凸点关注甚少。对于这类窄间距凸点存在一定的需求，但需求量较小，在晶圆级凸点制作中份额低于10%，在管芯级凸点制作中份额低于2%。这样的现实也降低了研究人员的热情：只有在最大的管芯上才需要制作窄节距凸点。不过无铅超窄节距凸点应用的最大障碍仍来自于无铅焊料过高的弹性模量。
大量的无铅应用 茣??8
无铅技术正继续赢得青睐，据估计，Unitive约50%的晶圆已经使用了无铅技术。其中大部分都是用于节距为0.5 mm的晶圆级芯片级封装（WLCSP）。Intel公司生产的产品中，二级封装使用的焊料100%都是无铅的。大约50%的倒装焊使用无铅焊料，其目标是到2005年底一级封装的焊料100%实现无铅化，这也是为了符合EU在2006年全部实现严格的无铅化法令。为了实现这个目标Intel广泛地严格评价了各种无铅焊料体系。Infineon也在其30-60%的倒装焊产品中使用了无铅焊料。 >?懘6R{
汽车电子产品面临的挑战和发展趋势仍然在成本、性能参数、可实现的功能和可靠性等几方面。使用“层压板上倒装焊”技术可以降低系统的成本和实现高可靠性（图4）。为了进一步突出使用倒装焊的成本优势的优点，在某一特定的电路板上需要将尽可能多的IC改用倒装焊的形式。这样一来，很多功率器件也需要转为倒装焊。对于成功的倒装焊封装来说，热设计和牢固的凸点金属层就显得尤为关键。自2000年起，Delphi公司层压板上倒装焊技术已经开始量产。主要用于其ECM（发动机控制模块）和ABS（制动防抱死系统）的控制器中。 这些都是比较特殊的应用，需要在严酷的工作环境下保证很高的可靠性。
对于半导体加工来说，一个降低成本的途径就是缩小管芯，这通常需要减小凸点节距。然而，如果减小节距，对电路板来说却意味着成本增加。在这种情况下，200-250mm节距的设计规则显然成为达到最低总成本的选择（对直接在板上进行倒装焊工艺来说）。如果在BGA中使用倒装焊，那么产品成本的组成和最佳凸点节距的选择就有很大不同。Delphi公司使用焊膏印刷-回流工艺制作凸点，最窄的节距可以达到100mm。目前还没有更窄节距凸点制作工艺的开发。 CJG?尃FU
Delphi使用溅射的Al-NiV-Cu薄膜作为UBM，并且在目前的倒装焊产品中使用了多种凸点金属（包括50InPb, InPbAg, SnPb-2.5Cu和63SnPb）。倒装焊封装的可靠性问题主要来自于焊料的疲劳、UBM电迁移、焊料电迁移和UBM的损耗。只有在实验室的研究环境中进行全面的可靠性测试才能发现这些失效机制。自2000年以来Delphi公司每年使用层压板上倒装焊封装技术生产了数以百万计电子模块。这些模块还没有发生以上的失效机制引起现场失效的记录。事实上，倒装焊是在PCB上可靠性最高的封装技术之一。历史上，由倒装焊与其基板之间热失配引起的凸点焊料疲劳导致的可靠性问题是倒装焊封装中需要首要考虑的问题。然而，技术发展到今天，焊料凸点疲劳失效可以简单地通过挑选合适的管芯尺寸、基板材料、下填料、凸点金属和组装工艺来克服。真正的挑战来自于由管芯尺寸缩小和在严酷环境下使用造成的工作温度持续升高和凸点电流密度持续增大。控制电流聚集效应引起的UBM电迁移现象是目前研究工作的焦点所在。 WX@臅様|^?
对于一个150mm的共晶SnPb凸点来说，140℃时可以负载的最大电流是240 mA。还要注意到当共晶SnPb凸点组装到以NiAu作为表面涂层的PCB上之后，其使用和操作温度不能超过150℃。 其失效机制是UBM消耗，在HTS、HTOL和热循环测试中，测试的温度有一段时间超过140℃（如在150℃下积累200小时），这种失效情况就会发生。这个系统的金属化层由共晶SnPb凸点覆盖在Al-NiV-Cu薄膜UBM上组成，该金属化层的可靠性是由UBM的厚度决定的。 特别是其中NiV-Cu 层的厚度和其顶部的IMC（金属间化合物）的联合作用，决定了凸点的失效机制。这个问题可以通过向共晶SnPb凸点中添加2.5%的铜来解决。在近似共晶SnPbCu 合金中多余的铜可以在UBM/焊料界面处以IMC的形式析出Cu-Sn。这个析出过程是在凸点的固化（冷却）循环或组装回流工艺中完成的。其结果是在原来的薄层UBM被顶部带有额外Cu-Sn IMC层的厚UBM取代。这种SnPb-2.5Cu凸点可以在150℃下负载350 mA的电流，并且可以达到在-50℃/+150℃的温度范围内循环1000次，意味着可以满足严酷工作环境的要求。未来产品对凸点负载电流能力的要求是在150℃ 下每个凸点可以通过的电流为500-1000 mA。 为了实现这样的目标，需要使用如SnAgCu 之类的高温凸点合金。 7奊Lq€
Delphi公司的客户对无铅解决方案持有兴趣。汽车电子行业是在EU的WEEE和RoHs法令赦免范围之内的，这两法令要求在2006年7月之前在消费类电子产品中禁止使用铅，但汽车供应商仍然愿意被看作是环保事业的支持者，因而乐于使用无铅产品。现阶段Delphi公司就在开发几个无铅PTH和SMT系统的项目。无铅倒装焊已经被看作SMT的组成工艺之一。目前已经选择了近共晶SnAgCu合金凸点系统，并准备与2006年投入到产品中。为提高热循环、HTOL和HTS测试中凸点的可靠性，SnAgCu凸点合金中掺入了3%的铜。该SnAgCu凸点预计可以在150℃的结温下负载600 mA甚至更大的电流。通过选用合适的材料和组装工艺，层压板上SnAgCu 无铅倒装焊技术可以在-50℃/+150℃的温度范围内完成1000次循环，可以满足严酷工作环境的要求。总的来说，焊料的疲劳是倒装焊封装中一个可控的因素；在高温/大电流环境中真正的挑战来自于由金属扩散引起的失效。
结论 ?'鹕銒Y?
大量电子产品中含铅焊料正在被迅速取代以达到国际协议去除有害材料的要求。这个领域的领跑者就是SnAgCu合金。与此同时，超窄节距的WLP技术（<50 mm）被发现在不少领域都有应用。节距≤50mm方面的应用：象素阵列探测系统正迅速发展。如果需求/成本比合理的话，窄节距凸点技术很快就可以实现量产。窄节距凸点技术的成本无法降低的关键在于它必须同高密度PCB结合使用，而后者的成本则比较高。目前超窄节距WLP并没有在出售的电子产品中被采用，并且在2006年的国际协议之前很难看到向超窄节距无铅系统转化的趋势。
