使用低α粒子錫膏降低微電子封裝的軟錯誤率

深圳市福英達工業(yè)技術有限公司/一站式錫膏解決方案供應商使用低α粒子錫膏降低微電子封裝的軟錯誤率軟錯誤是指由輻射對硅集成電路（SiICs）的影響導致的設備的暫時性故障。軟錯誤會影響設備的性能和可靠性，尤其是在空間、防御、醫(yī)療和電力系統(tǒng)等高輻射環(huán)境中。隨著電子設備的不斷微型化和高密度化，軟錯誤的發(fā)生概率也隨之增加，因為現(xiàn)在低能量的α粒子也能翻轉(zhuǎn)一個存儲器位或改變邏輯電路的時序。其中，一種主要的α粒子輻射源是用于封裝中連接元件的錫膏，它們含有α放射性元素。由于使用了倒裝焊（flip-chip）和3D封裝，錫膏凸點（solderbumps）已經(jīng)非?？拷杵骷?，即使是低能量的α射線也能引起軟錯誤。因此，需要開發(fā)低α活性無鉛錫膏（LowAlphaactivityPb-freesolders），以減少軟錯誤的發(fā)生。焊料的α粒子來源含鉛焊料被認為是α粒子的主要來源，這一點由北卡羅萊納州微電子中心（MCNC）進行的一項研究證實，該研究監(jiān)測了晶圓凸點過程中的每一步的α輻射。鉛的放射性可以追溯到238U。從238U開始，它衰變?yōu)?10Pb，在22年內(nèi)進一步衰變?yōu)锽i，然后衰變?yōu)镻o，再在138天內(nèi)衰變?yōu)?06Pb。除了α粒子外，衰變過程還涉及β粒子（電子）排放。β粒子對軟錯誤沒有影響。天然鉛源中的鈾含量相差三個數(shù)量級之多。在熔煉和化學提純過程中，雖然可能會去除其他元素，但由于兩種鉛同位素的化學性質(zhì)相同，放射性210Pb會與非放射性206Pb集中在一起。在熔煉和提純后的8至9個月內(nèi)，鉛的α活度可高達100α/（cm2"h）。α粒子的產(chǎn)生過程：

芯片制造商通常把α粒子的來源分為內(nèi)在源和外在源。a)內(nèi)在源是指存在于加工過的硅本身的源，但通常不太重要。它們是由加工相關因素造成的，如磷酸蝕刻留下的殘留物。磷酸通常用于晶圓制造過程中硅氮化物絕緣薄膜的圖案化；它的純度通常相對較低，含有低水平的放射性同位素。其他內(nèi)在源包括薄膜氧化物和氮化物中的痕量雜質(zhì)、植入操作過程中添加到硅中的無關雜質(zhì)以及硅晶片本身的雜質(zhì)。b)外在源：外在源通常與硅芯片不同，但在集成電路封裝內(nèi)。大多數(shù)α粒子源都屬于這一類。表1列出了微電子封裝中最常見的α粒子源。表2列出了其中一些α粒子發(fā)射源的單個貢獻估計值。目前認為，幾乎所有用于集成電路封裝的材料都會導致軟錯誤發(fā)生。由于尺寸縮小，距離拉近，器件對SER的敏感度不斷提高，因此有必要對進廠材料和制造工藝制定例行監(jiān)控程序。表1.微電子封裝中最常見的α粒子源表2.微電子封裝中使用的一些常見材料的α輻射活度低α粒子錫膏的開發(fā)和應用為了降低錫膏中的α粒子活度，有兩種主要的方法：一是使用無鉛焊料，二是使用低α活性鉛焊料。無鉛焊料是指不含鉛或含鉛量極低的焊料，它們通常由錫、銀、銅等元素組成。無鉛焊料的優(yōu)點是可以避免鉛對環(huán)境和人體的危害，同時也可以消除錫膏中的α粒子來源。低α活性鉛焊料是指經(jīng)過特殊處理，去除了放射性210Pb的鉛焊料。這種處理方法通常包括兩個步驟：一是使用高純度的原材料，二是使用真空或惰性氣體環(huán)境進行熔煉和提純。這樣可以有效地降低錫膏中的α粒子活度，達到0.01α/（cm2"h）以下。低α活性鉛焊料的優(yōu)點是可以保持鉛焊料的優(yōu)良性能，如低熔點、低氧化性、低蠕變性、低金屬間化合物形成率等，同時也可以減少軟錯誤的發(fā)生。目前，低α活性無鉛錫膏已經(jīng)在一些高端微電子封裝領域得到了應用，如航天航空、醫(yī)療器械和電力系統(tǒng)等。這些領域?qū)υO備的可靠性要求非常高，不能容忍任何軟錯誤的發(fā)生。因此，使用低α活性無鉛錫膏可以有效地提高設備的抗輻射能力和安全性。福英達低α粒子焊料低α焊料系列，是福英達公司為SiP系統(tǒng)級封裝、FlipChip芯片倒裝等高密度、微型化封裝開發(fā)的具有低α粒子計數(shù)的高鉛焊料。應用于移動通信（智能手機、平板電腦、穿戴設備）、物聯(lián)網(wǎng)（Wi-Fi,BLTE,UWB,LTE-M&NB-IoT、消費、工業(yè)）、汽車（信息娛樂系統(tǒng)）、高性能運算（運算、網(wǎng)絡、人工智能）等領域。福英達低α產(chǎn)品包含lowalpha(<0.01cph/cm2)和ultralowalpha(<0.002cph/cm2)兩種放射級別，無鉛、高鉛合金，粒徑型號覆蓋T3、T4、T5、T6。該低α焊料系列具有錫粉球形度好、粒度分布窄、氧含量低、化學純度高等優(yōu)點，滿足α粒子放射規(guī)格要求，并可提供客制化開發(fā)服務。歡迎來電咨詢。參考文獻SantoshKumar,ShaluAgarwalandJaePilJung(2013).Softerrorissue