作為焊料廠家,我們常說“封裝技術的升級,本質是凸點的升級”。從早期的插裝芯片到如今的3D堆疊,凸點制作始終是連接芯片與外部世界的核心環節。今天就從焊料廠家工程師的視角,簡單回顧封裝的發展,聊聊凸點制作的“進化史”,以及作為焊料的錫膏如何一路適配這些變化。?
一、凸點制作在封裝流程中的“定位”:始終是“互連橋梁”?
無論哪種封裝形式,凸點制作都處于芯片與基板/載板互連的前端環節,相當于給芯片“裝插頭”。
具體來說:?在晶圓級封裝中,它是切割前的最后一步——在晶圓上做好凸點,再切割成單顆芯片。在傳統封裝中,凸點緊隨芯片切割之后,是芯片貼裝到基板前的關鍵工序。簡單說,沒有凸點,芯片就是“孤島”,無法與外界傳輸信號。?
二、封裝形式升級倒逼凸點“迭代”:從“粗放”到“精密”?
1. 插裝時代(DIP/SOP):凸點只是“配角”?
封裝特點:芯片通過長引腳插入 PCB 孔中,引腳間距≥2.54mm,對互連精度要求低
凸點角色:此時還沒有“獨立凸點” 概念,僅在引線鍵合處形成微小焊點,相當于“臨時固定點”。?
材料應用:以錫鉛合金為主(熔點 183℃),成本低、潤濕性好。?
工藝:手工蘸取焊錫膏點涂,再經簡易加熱固化,焊點直徑≥500μm,幾乎無精度要求。
錫膏狀態:顆粒度 T3 級(25-45μm),助焊劑含量高,能容忍焊盤氧化。?
2. 面陣封裝時代(BGA/CSP):凸點成為“主角”?
封裝特點:I/O 引腳從邊緣擴展到整個芯片表面,間距縮小至0.8-1.2mm,需要密集的 “點接觸”。?
凸點角色:替代長引腳成為主要互連結構,直接決定封裝尺寸和信號傳輸效率。?
材料變化:無鉛化推動錫基焊料主流化,SAC305成為首選,熔點217℃,滿足RoHS要求;部分高端場景開始試用銅柱凸點(導電性提升5倍)。?
工藝升級:電鍍工藝普及,能做出高度一致的凸點(偏差≤5μm);印刷——回流工藝也開始應用,通過鋼網將錫膏印在焊盤上,回流后形成凸點。?
錫膏進化:顆粒度提升至T5級(15-25μm),觸變性優化,能在0.8mm間距下避免橋連。?
3. 晶圓級封裝(WLP):凸點進入“微米級戰場”?
封裝特點:封裝尺寸接近芯片尺寸,I/O間距縮小至0.3-0.5mm,要求凸點“微型化 + 高密度”。?
凸點角色:不僅是互連點,還要承擔信號重分布功能(配合RDL)。?
材料突破:銅柱 + 錫帽結構成為主流 —— 銅柱提供機械支撐,錫帽負責焊接,兼顧導電性與可靠性;低溫錫膏(Sn58Bi,138℃熔點)開始用于多層堆疊,避免高溫損傷下層芯片。?
工藝革新:電鍍精度提升至±2μm,能做出直徑20-50μm的凸點;印刷——回流工藝改用電鑄鋼網,錫膏脫模更徹底。?
錫膏適配:顆粒度達T8/T9級(2-5μm),滿足0.3mm以下間距印刷,助焊劑改為低揮發配方,減少回流氣泡。?
4. Chiplet 與 3D IC 時代:凸點進入 “納米級對決”?
封裝特點:多芯片堆疊,垂直互連間距≤50μm,需要 “超小 + 超可靠” 的凸點。?
凸點角色:是芯片間直接通信的 “高速通道”,延遲要求≤10ps。?
材料革命:金屬間化合物(如 Cu?Sn、Ag?Sn)崛起,通過固態焊接形成,熔點>600℃,抗疲勞性是錫基的3倍;銅柱直徑縮小至10-30μm,表面鍍鎳金防氧化。?
工藝極限:電鍍銅柱垂直度偏差<1°,固態焊接壓力控制精度±1MPa;印刷——回流工藝面臨極限,逐漸被電鍍替代。?
錫膏定位:退為“輔助角色”,僅在頂層芯片與基板互連時使用,要求超低空洞率(<1%)和超細印刷(點徑<50μm)。?
三、錫膏的“生存智慧”:跟著封裝需求“變”?
從T3到T9級顆粒,從高助焊劑到低揮發配方,錫膏的進化始終圍繞兩個核心:?
適配更小間距:早期BGA用T5級錫膏就能滿足0.8mm間距,而現在3D IC的凸點印刷需要 T8 級,粉末粒徑小到能穿過頭發絲粗細的鋼網孔(20μm)。?
平衡可靠性與工藝性:在高溫封裝中,錫膏添加銀、銅元素提升耐熱性;在低溫堆疊中,改用 SnBi 合金降低熔點;為減少空洞,助焊劑中加入活性更強的有機酸,同時控制揮發速度。?
傲牛科技為某Chiplet客戶定制的錫膏,通過調整觸變指數(從3.0到4.5),解決了 0.2mm間距印刷時的“塌邊”問題,良率從78%提升至95%,助焊劑中加入了與日本材料公司共同開發的空洞抑制劑,將空洞率降低至3%。?
四、未來趨勢:凸點還能 “小” 到什么程度??
行業預測,到2030年,Micro LED 的凸點直徑將縮小至5μm,這對錫膏提出了新挑戰:粉末粒徑可能需要達到亞微米級(<1μm),印刷精度要控制在±1μm以內,這對于焊料廠家的研發和生產能力提出了新的要求,行業的變化和需求也在鞭策我們在不斷進步和提升。?
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