一、晶圆级封装常用焊料类型

在晶圆级封装中
，常用的焊料类型有多种。古板的钎焊料中
，锡铅共晶钎料合金曾是最主要的类型
，它具有本钱低、强度高、工艺性能好等性子。然而
，由于铅及铅的化合物有毒性
，对情形和人体危害极大
，现在国际标准要求不得含有铅、汞等有毒有害物质
，以是无铅焊料成为生长趋势。 现在主要的无铅焊料以Sn（锡）为主
，添加能爆发低温共晶的Ag（银）、Zn（锌）、Cu（铜）、Sb（锑）、Bi（铋）、In（铟）等元素
，主要集中在Sn - Zn、Sn - In、Sn - Bi、Sn - Sb、Sn - Cu、Sn - Ag等系统。这些焊料系统各自具有差别的特征
，例如：

·         Sn - Ag系焊料：具有较好的机械性能
，包括较高的剪切强度等
，在一些对焊点可靠性要求较高的晶圆级封装应用中较为适用。它的熔点相对合适
，并且与基板之间能形成较好的毗连。

·         Sn - Cu系焊料：成内情对较低
，同时也能提供较好的焊接性能
，在一些对本钱较为敏感的晶圆级封装生产中可能会被选用。

二、晶圆级封装适用的焊料特点

（一）优异的润湿性

1. 润湿性的看法 润湿性是指当两种非混相流体同时泛起于固相介质外貌时
   ，某一流体相优先润湿固体外貌的能力。从物理角度剖析
   ，焊料润湿包括焊料的熔化、外貌张力的不平衡、焊料扩散、基板质料熔化、金属间化合物的天生、以及由于温度梯度和浓度不匀称的Marangoni效应等历程。在晶圆级封装中
   ，焊料需要优异地润湿芯片和基板外貌
   ，以确保形成可靠的毗连。

2. 影响润湿性的因素及对晶圆级封装的意义

o    焊料与钎焊金属因素：若是焊料与钎焊金属因素相互作用不佳会导致润湿性差
，关于这种情形
，可加入能与钎焊金属形成配合相的第三物质来改善润湿性。在晶圆级封装中
，差别的芯片和基板质料需要与之相匹配的焊料因素
，以包管优异的润湿效果。例如
，若是芯片的金属层是某种特殊合金
，就需要选择能与该合金有优异相互作用的焊料因素。

o    温度：液体外貌张力F与温度T呈特定关系
，随着温度的升高
，液体焊料与焊料金属界面张力降低
，这有助于提高焊料的润湿性。但并非加热温度越高越好
，过高的温度会造成焊料的流失
，即流散到不需要钎焊的地方
，还会引起钎焊金属晶粒长大、溶蚀等征象。以是在晶圆级封装历程中
，需要选择合适的钎焊温度
，既能包管焊料有优异的润湿性
，又不会爆发不良影响。

o    焊剂：钎焊金属外貌氧化膜的保存会使液态焊料不可润湿它们。使用焊机可以扫除焊料和钎焊金属的外貌氧化膜
，改善润湿。焊机的作用除能扫除外貌氧化物使固态 - 液态界面上的界面张力减小外
，还能减小液态焊料的外貌张力。在晶圆级封装中
，合适的焊剂使用关于确保焊料的润湿性至关主要。

o    情形气氛：情形气氛也可以改变焊料的润湿性能。例如某些焊料在回流炉中使用氮气；て障嘟嫌诳掌谢亓
，可改善焊料的润湿性能
，真空情形也可改善润湿。在晶圆级封装的生产情形中
，对情形气氛的控制有助于提高焊料的润湿效果
，进而提高封装质量。

（二）合适的物理性能

1. 导电率

o    在晶圆级封装中
，焊料的导电坦率接影响着芯片与基板之间的电信号传输。若是导电率低
，会导致信号传输延迟、衰减等问题。例如在高速信号传输的电路中
，如5G通讯相关的芯片封装
，需要使用导电率高的焊料
，以确保信号能够快速、准确地传输。

2. 热膨胀系数

o    芯片和基板在差别的事情温度下会爆发热胀冷缩。若是焊料的热膨胀系数与芯片和基板不匹配
，在温度转变时
，就会在焊点处爆发应力。恒久的热循环可能导致焊点开裂
，从而影响封装的可靠性。例如在一些高温事情情形下的芯片
，如汽车发念头控制芯片的晶圆级封装
，就需要选择热膨胀系数与芯片和基板相匹配的焊料。

（三）优异的抗氧化和抗辐射性能

1. 抗氧化性能

o    在晶圆级封装历程中以及封装后的使用历程中
，焊料可能会接触到氧气。若是焊料抗氧化性能差
，外貌会被氧化
，形成氧化层会影响焊料的性能
，如降低润湿性和导电性等。例如在一些恒久袒露在空气中的电子装备
，如户外传感器芯片的晶圆级封装
，需要抗氧化性能好的焊料
，以包管封装的恒久稳固性。

2. 抗辐射性能

o    在一些特殊应用场景下
，如航空航天、核能相关的芯片晶圆级封装
，芯片可能会受到辐射的影响。抗辐射性能好的焊料能够在辐射情形下坚持其性能稳固
，不会由于辐射而爆发性能劣化
，从而包管芯片封装后的正常事情。

（四）加工成型性好与可焊接性能好

1. 加工成型性

o    在晶圆级封装中
，焊料可能需要被加工成特定的形状
，如凸点等形式。优异的加工成型性意味着焊料能够容易地被制成所需的形状
，并且在加工历程中不会泛起裂纹、变形等缺陷。例如在制作细小的焊料凸点时
，需要焊料能够准确地成型
，以知足晶圆级封装的高精度要求。

2. 可焊接性能

o    可焊接性能好的焊料能够在适当的焊接工艺条件下
，与芯片和基板牢靠地焊接在一起。这包括在差别的焊接要领（如回流焊等）下都能体现出优异的焊接效果。若是可焊接性能差
，可能会泛起虚焊、漏焊等问题
，严重影响晶圆级封装的质量。

（五）优异的力学性能

1. 剪切强度

o    焊点的剪切强度是权衡焊点在受到剪切力时对抗破损的能力。在晶圆级封装中
，芯片在使用历程中可能会受到种种外力的作用
，如在便携式电子装备受到碰撞、振动时。足够的剪切强度能够包管焊点不会容易断裂
，维持芯片与基板之间的毗连。

2. 蠕变抗力

o    蠕变是指在一定温度和应力作用下
，质料缓慢地爆发塑性变形的征象。在长时间的事情历程中
，特殊是在高温情形下
，焊料若是蠕变抗力差
，焊点会爆发变形
，从而影响芯片与基板之间的毗连可靠性。例如在一些高温且长时间事情的工业控制芯片的晶圆级封装中
，需要蠕变抗力好的焊料。

3. 等温疲劳抗拉力

o    在芯片的事情历程中
，可能会履历多次的温度循环和应力转变
，这就要求焊料具有优异的等温疲劳抗拉力。若是焊料的等温疲劳抗拉力缺乏
，经由多次的温度和应力循环后
，焊点会泛起疲劳裂纹
，最终导致毗连失效。

三、晶圆级封装焊料的选择因素

（一）封装类型的要求

1. 扇入型和扇出型晶圆级芯片封装（Fan - In/Fan - Out      WLCSP）

o    在扇入型晶圆级芯片封装中
，由于封装尺寸相对较小
，对焊料的精度要求较高。需要选择能够准确成型、在小尺寸下仍能包管优异毗连性能的焊料。例如
，一些具有优异加工成型性的焊料
，能够制成细小的焊料凸点
，知足扇入型封装的需求。

o    扇出型晶圆级芯片封装可能会涉及到更多的信号传输线路和更重大的电路结构
，对焊料的导电率、热膨胀系数等物理性能要求更为严酷。需要选择能顺应重大电路情形
，包管信号传输质量和热稳固性的焊料。

2. 重新分派层（RDL）封装、倒片（Flip Chip）封装及硅通孔（TSV）封装

o    在重新分派层封装中
，焊料需要与重新分派层的金属质料有优异的兼容性。由于重新分派层在芯片的信号重新结构和毗连中起着要害作用
，焊料与该层金属的优异连系能够确保信号的准确传输。

o    倒片封装中
，芯片是倒扣在基板上举行焊接的
，这种封装方法对焊料的润湿性和力学性能要求较高。优异的润湿性能够确保芯片与基板之间的周全接触
，足够的力学性能（如剪切强度等）可以包管在倒扣的情形下焊点能够遭受芯片的重量和可能受到的外力。

o    硅通孔封装涉及到芯片内部的笔直毗连
，对焊料的填充性能有要求。焊料需要能够充分填充硅通孔
，并且在填充历程中不会爆发孔洞等缺陷
，以包管笔直偏向的电毗连和机械稳固性。

（二）本钱因素

1. 原质料本钱

o    差别的焊料系统其原质料本钱有很大差别。例如
，Sn - Cu系焊料成内情对较低
，由于铜的价钱相对较为自制。在一些对本钱较量敏感的晶圆级封装生产中
，若是对焊料的性能要求不是很是高
，可能会优先思量使用Sn - Cu系焊料。而像Sn - Ag系焊料
，由于银的价钱较高
，会使焊料的原质料本钱上升
，在大规模生产中可能会增添生产本钱。

2. 加工本钱

o    有些焊料可能需要特殊的加工工艺
，这会增添加工本钱。例如
，某些高熔点的焊料在焊接历程中需要更高的温度和更长的加工时间
，这会消耗更多的能源
，增添加工本钱。而一些容易加工成型的焊料
，如具有优异的流变性的焊料
，在加工历程中可以更快速地制成所需的形状
，镌汰加工时间和本钱。

（三）与其他质料的兼容性

1. 与芯片质料的兼容性

o    芯片可能由多种质料组成
，如硅、金属层（如铝、铜等）等。焊料需要与芯片的这些质料有优异的兼容性。例如
，若是芯片的金属层是铝
，就需要选择不会与铝爆发太过化学反应
，并且能够优异润湿铝外貌的焊料。若是兼容性欠好
，可能会导致焊点的可靠性降低
，甚至泛起侵蚀等问题。

2. 与基板质料的兼容性

o    基板质料也有多种类型
，如陶瓷基板、有机基板等。差别的基板质料对焊料的要求差别。例如
，陶瓷基板具有较高的热导率和稳固性
，与陶瓷基板兼容的焊料需要能够顺应其外貌特征
，并且在热膨胀系数等方面与之匹配。有机基板则可能对焊料的润湿性和化学稳固性有特殊要求
，以避免在使用历程中泛起分层等问题。

（四）情形要求

1. 事情温度规模

o    若是芯片事情在高温情形下
，如汽车发念头控制芯片
，就需要选择能够在高温下坚持性能稳固的焊料。这种焊料需要具有较高的熔点、优异的热稳固性和蠕变抗力等性能。相反
，若是是在低温情形下事情的芯片
，如一些极地情形监测装备中的芯片
，焊料需要能够在低温下坚持优异的韧性和导电性
，避免在低温下泛起脆化等问题。

2. 情形气氛

o    在一些特殊的情形气氛中
，如湿润、侵蚀性气体情形下
，需要选择具有优异耐侵蚀性能的焊料。例如在海洋情形监测装备中的芯片晶圆级封装
，焊料需要能够对抗海水蒸发爆发的湿润和盐雾侵蚀。在一些可能保存化学污染的情形下
，焊料也需要具备响应的化学稳固性。

四、晶圆级封装中优质焊料推荐

在晶圆级封装中
，Sn - Ag - Cu（SAC）系焊料是一种较为优质的焊料。

1. 性能优势

o    优异的力学性能：SAC系焊料具有较高的剪切强度
，能够在芯片受到外力时包管焊点的毗连可靠性。其蠕变抗力也相对较好
，在长时间的事情历程中
，特殊是在高温情形下
，能够有用对抗焊点的变形。例如在一些高性能盘算机芯片的晶圆级封装中
，芯片在高速运算历程中会爆发热量并且可能受到机箱内部稍微的振动
，SAC系焊料的优异力学性能可以确保芯片与基板之间的稳固毗连。

o    润湿性较好：SAC系焊料对常见的芯片和基板质料具有较好的润湿性。它能够在适当的焊接温度下
，在芯片和基板外貌很好地铺展
，形成匀称的焊点。这有助于镌汰虚焊等焊接缺陷的泛起。

o    合适的物理性能：在导电率方面
，SAC系焊料能够知足芯片与基板之间的电信号传输要求。其热膨胀系数也能与多种芯片和基板质料较好地匹配
，镌汰在温度转变时焊点处的应力爆发。例如在智能手机芯片的晶圆级封装中
，SAC系焊料可以顺应手机在差别使用情形下的温度转变
，包管芯片的正常事情。

o    抗氧化和抗辐射性能：SAC系焊料具有一定的抗氧化性能
，在封装后的使用历程中
，能够对抗氧气的侵蚀
，坚持焊点的性能稳固。在一些特殊应用场景下
，如航空航天领域的芯片晶圆级封装
，虽然其抗辐射性能不是很是突出
，但也能知足一定水平的抗辐射要求
，并且可以通过其他防护步伐与之配合来确保芯片在辐射情形下的正常事情。

2. 普遍的适用性

o    SAC系焊料适用于多种晶圆级封装类型。无论是扇入型照旧扇出型晶圆级芯片封装
，它都能够提供可靠的焊接性能。在重新分派层封装、倒片封装和硅通孔封装中
，也能与相关的质料和工艺较好地配合。例如在扇出型晶圆级芯片封装中
，SAC系焊料可以知足重大电路结构下的信号传输和毗连要求
，确保封装的质量和可靠性。

五、差别晶圆级封装工艺所需焊料

（一）光刻（Photolithography）工艺相关

1. 工艺特点对焊料的要求

o    光刻工艺主要用于在晶圆外貌形成准确的图案。在这个历程中
，焊料需要能够遭受光刻历程中的化学试剂和光照等条件。例如
，在光刻胶的涂覆、曝光和显影历程中
，焊料不可与光刻胶或其他化学试剂爆发不良反应
，不然会影响光刻图案的精度和质量。同时
，焊料的外貌平整度也很主要
，由于不平整的焊料外貌可能会导致光刻图案的失真。

2. 适用的焊料类型

o    一些具有优异化学稳固性的焊料较量适合光刻工艺相关的晶圆级封装。例如
，Sn - Sb系焊料在光刻工艺情形下体现出较好的稳固性。它能够在光刻历程中坚持自身的性能
，不会由于化学试剂的侵蚀而爆发性能劣化
，从而包管后续的焊接和封装事情的顺遂举行。

（二）溅射（Sputtering）工艺相关

1. 工艺特点对焊料的要求

o    溅射工艺是通过离子轰击靶材
，使靶材原子沉积在晶圆外貌形成薄膜。在这个历程中
，焊料需要能够与溅射形成的薄膜有优异的连系性能。由于溅射形成的薄膜可能是后续焊接的基础
，若是焊料与薄膜连系欠好
，会导致焊点的附着力缺乏。别的
，焊料在溅射历程中的抗溅射损伤能力也很主要
，若是焊料容易被溅射离子破损
，会影响其性能。

2. 适用的焊料类型

o    Sn - Cu系焊料在溅射工艺相关的晶圆级封装中有一定的优势。它能够与溅射形成的铜薄膜等有较好的连系能力
，并且具有一定的抗溅射损伤能力。在一些需要在溅射铜薄膜上举行焊接的晶圆级封装应用中
，Sn - Cu系焊料可以提供较好的焊接效果。

（三）电镀（Electroplating）工艺相关

1. 工艺特点对焊料的要求

o    电镀工艺是在晶圆外貌通过电化学要领沉积金属层。关于焊料来说
，在电镀历程中
，需要与电镀液有优异的兼容性。若是焊料与电镀液爆发化学反应
，会影响电镀层的质量和匀称性。同时
，焊料的导电性在电镀工艺中也很主要
，由于优异的导电性可以确保电镀历程的顺遂举行
，使焊料能够匀称地沉积在晶圆外貌。

2. 适用的焊料类型

o    Sn - Ag系焊料在电镀工艺相关的晶圆级封装中较为适用。其较高的导电性能够知足电镀工艺的要求
，并且能够与电镀历程中的化学情形较好地兼容
，包管电镀层的质量。例如在一些需要在晶圆外貌电镀一层银膜然后举行焊接的应用中
，Sn - Ag系焊料可以与电镀银膜形成优异的连系
，提高焊点的质量。

（四）光刻胶去胶（PR Stripping）工艺相关

1. 工艺特点对焊料的要求

o    光刻胶去胶工艺会使用化学试剂去除晶圆外貌的光刻胶。在这个历程中
，焊料需要能够耐受去胶试剂的侵蚀。若是焊料被去胶试剂侵蚀
，会影响其性能和焊点的质量。同时
，焊料在去胶后的外貌状态也很主要
，需要坚持清洁清静整
，以便后续的焊接操作。

2. 适用的焊料类型

o    Sn - In系焊料在光刻胶去胶工艺相关的晶圆级封装中有较好的体现。它能够在去胶历程中对抗去胶试剂的侵蚀
，坚持自身的性能稳固。在去胶后
，其外貌能够坚持较好的状态
，有利于后续的焊接事情。

（五）金属刻蚀（Metal Etching）工艺相关

1. 工艺特点对焊料的要求

o    金属刻蚀工艺是通过化学或物理要领去除晶圆外貌

  先进芯片封装洗濯先容

 尊龙凯时科技研发的水基洗濯剂配合合适的洗濯工艺能为芯片封装条件供清洁的界面条件。

  水基洗濯的工艺和装备设置选择对洗濯细密器件尤其主要
，一旦选定
，就会作为一个恒久的使用和运行方法。水基洗濯剂必需知足洗濯、漂洗、干燥的全工艺流程。

 污染物有多种
，可归纳为离子型和非离子型两大类。离子型污染物接触到情形中的湿气
，通电后爆发电化学迁徙
，形成树枝状结构体
，造成低电阻通路
，破损了电路板功效。非离子型污染物可穿透PC B 的绝缘层
，在PCB板表层下生长枝晶。除了离子型和非离子型污染物
，尚有粒状污染物
，例如焊料球、焊料槽内的浮点、灰尘、灰尘等
，这些污染物会导致焊点质量降低、焊接时焊点拉尖、爆发气孔、短路等等多种不良征象。

 这么多污染物
，究竟哪些才是最备受关注的呢？助焊剂或锡膏普遍应用于回流焊和波峰焊工艺中
，它们主要由溶剂、润湿剂、树脂、缓蚀剂和活化剂等多种因素
，焊后必定保存热改性天生物
，这些物质在所有污染物中的占有主导
，从产品失效情形来而言
，焊后剩余物是影响产品质量最主要的影响因素
，离子型残留物易引起电迁徙使绝缘电阻下降
，松香树脂残留物易吸附灰尘或杂质引发接触电阻增大
，严重者导致开路失效
，因此焊后必需举行严酷的洗濯
，才华包管电路板的质量。

尊龙凯时科技运用自身原创的产品手艺
，知足芯片封装工艺制程洗濯的高难度手艺要求
，突破外洋厂商在行业中的垄断职位
，为芯片封装质料周全国产自主提供强有力的支持。