芯片的發(fā)展也從一味的追求功耗下降及性能提升（摩爾定律）轉(zhuǎn)向更加務(wù)實(shí)的滿足市場的需求（超越摩爾定律）。為了讓芯片效能最大化、封裝后的體積最小化、定制化，SiP封裝技術(shù)已成為半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)最重要的技術(shù)之一。SiP封裝技術(shù)發(fā)展趨勢參考圖，集成度和復(fù)雜度越來越高。

植球工藝

球狀端子類型

行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)IPC-7095《BGA的設(shè)計(jì)及組裝工藝的實(shí)施》中提到的封裝球狀端?類型有三種，可根據(jù)自己公司SiP產(chǎn)品的工藝要求選擇對(duì)應(yīng)的端子類型。

植球方法

目前行業(yè)主要有三種植球方法，目前整個(gè)領(lǐng)域的SiP產(chǎn)品主要使用置球植球的方法。

錫膏印刷植球

錫膏印刷植球方法就是直接把適量的錫膏印刷到預(yù)設(shè)的焊盤上，過回流焊后形成凸點(diǎn)端子，其優(yōu)點(diǎn)是所用設(shè)備與現(xiàn)有SMT線體一樣，可以利用現(xiàn)有SMT錫膏印刷設(shè)備。

使用錫膏印刷植球時(shí)鋼網(wǎng)開口設(shè)計(jì)主要考慮兩點(diǎn)：

a）確保過回流焊后焊盤上有一定形狀的焊料凸點(diǎn)，需要印刷足夠的錫膏量，一般采用增加鋼網(wǎng)厚度和擴(kuò)大鋼網(wǎng)開口的方法，需要重點(diǎn)關(guān)注爐后凸點(diǎn)的形狀、高度和一致性；

b）從降低過回流焊后焊料凸點(diǎn)的空洞率考慮，通過驗(yàn)證建議鋼網(wǎng)開口增加架橋方式（如直徑0.6mm的端子建議鋼網(wǎng)中間架0.15mm或0.2mm的橋），作為焊接時(shí)排氣通道，減少空洞問題，同時(shí)還需要重點(diǎn)關(guān)注脫模效果和鋼網(wǎng)質(zhì)量。

大為SIP封裝錫膏（水洗型、免水洗型）

特別適用于SiP封裝的細(xì)間距印刷；

在鋼網(wǎng)最小開孔為55μm時(shí)印刷中脫模性能極佳，錫膏成型效果好且防坍塌性好，連續(xù)印刷性非常穩(wěn)定；

長時(shí)間保持高粘力、解決長時(shí)間生產(chǎn)易掉件（芯片）問題；

鋼網(wǎng)使用壽命長（≥10小時(shí)），印刷后作業(yè)時(shí)間長（≥10小時(shí)）

優(yōu)異的潤濕性能，焊點(diǎn)能均勻平鋪；

高抗氧化性，無錫珠產(chǎn)生，無色殘留；

卓越的抗冷、熱坍塌性能；

低空洞率，回流曲線工藝窗口寬；

置球植球

目前業(yè)內(nèi)采用的置球植球方法有三種：“錫膏”+“錫球”和“助焊劑”+“錫球”與“錫膏印刷”，具體做法就是先把錫膏或助焊劑涂覆到錫球的焊盤上，再用植球機(jī)或絲網(wǎng)印刷的方式將錫球放置到焊盤上，過回流焊爐后形成球狀端子。

自動(dòng)植球機(jī)置球植球

a、用與錫球焊盤相應(yīng)的治具蘸取助焊劑(Flux Dip)，并將其點(diǎn)涂在錫球焊盤上。首次添加助焊劑前需檢查清理干凈植球設(shè)備裝載助焊劑的模板，確保模板內(nèi)沒有其它異物或不同類型的助焊劑。要根據(jù)錫球的直徑選擇合適厚度的助焊劑刮刀（一般建議刮刀厚度是錫球直徑的1/4~1/3），再添加助焊劑并手動(dòng)來回運(yùn)行設(shè)備助焊劑刮刀8~10次，以攪拌刮平模板上的助焊劑。助焊劑治具的PIN針在水平的助焊劑模板上均勻的蘸取助焊劑并點(diǎn)涂到錫球焊盤上。需要控制模板上的助焊劑厚度和PIN針的點(diǎn)涂時(shí)間，要確保點(diǎn)涂后助焊劑能完全潤濕覆蓋焊盤，否則會(huì)有導(dǎo)致植球后錫球偏移或爐后錫球潤濕焊接不良的問題。注意，助焊劑添加遵循"少量多次"的原則。

b、通過置球治具(Ball attach tool)真空吸取錫球，并轉(zhuǎn)移至沾有助焊劑的焊盤上；松開真空開關(guān)，錫球在助焊劑的粘性作用下，粘貼在基板焊盤上；

c、植好錫球的基板通過熱風(fēng)回流焊，錫球在高溫下熔化，并在助焊劑的幫助下，與基板焊盤浸潤，擴(kuò)散、溶解、冶金結(jié)合，形成結(jié)合層（IMC），冷卻后，錫球與基板焊盤焊接在一起。為了減少錫球高溫氧化，建議在氮?dú)夥諊潞附樱?/p>

d、焊接了錫球的基板，再進(jìn)行清洗，把基板上多余的助焊劑和臟污清洗掉，最后烘干。

鋼網(wǎng)置球植球

a、印刷錫膏或印刷助焊劑：助焊劑鋼網(wǎng)的孔與基板焊盤完全吻合（對(duì)準(zhǔn)）沒有偏差，使用45°~60°的刮刀將攪拌均勻的錫膏或助焊劑均勻地漏印到焊盤上，然后降低基板工作臺(tái)，再慢慢地抬起鋼網(wǎng)并將基板取出。觀察漏印在基板上的錫膏或助焊劑是否均勻、有無偏差或者其他印刷缺陷。

注意，助焊劑多了或者少了都有可能造成植球失敗。如果助焊劑多了，多出來的助焊劑會(huì)通過鋼網(wǎng)小孔溢出來，影響錫球排列；如果助焊劑少了，又會(huì)影響錫球焊接質(zhì)量。

b、放置錫球：錫膏或助焊劑印刷完成之后，將基板置于工作臺(tái)上，按照正確位置固定植球鋼網(wǎng)，調(diào)整工作臺(tái)高度，使基板與植球鋼網(wǎng)之間保持一定間距，大約為焊球直徑的 1/2~2/3 即可。

調(diào)整完成后，取一定量的錫球倒在植球鋼網(wǎng)上，使用刷子將錫球填充到相應(yīng)的網(wǎng)孔，多余的焊球使用刷子將其放置在旁邊。再查看網(wǎng)孔是否都填充有錫球，保證每個(gè)網(wǎng)孔中有且只有一個(gè)錫球存在。然后下降工作臺(tái)，卸下植球鋼網(wǎng)，取出基板。注意，取出基板時(shí)不要用力過大或速度過快，這樣會(huì)導(dǎo)致錫球偏移。

激光植球

激光植球就是使用激光設(shè)備，采用激光熔化錫球并噴射到對(duì)應(yīng)焊盤完成焊接形成球狀端子的方法。

在激光焊接系統(tǒng)中，錫球從錫球盒輸送到噴嘴，通過激光加熱熔化，然后從專用噴嘴噴出，直接覆蓋焊盤，不需要額外的助焊劑等。它具有非接觸、無焊料、熱量低、焊料精確可控等優(yōu)點(diǎn)。與普通的錫球注入法相比，具有沖擊變形和瞬間凝固的特點(diǎn)，體現(xiàn)了獨(dú)特的工藝過程特征。

2.2.4 SiP植球方法的選用

影響植球質(zhì)量的因素及控制要點(diǎn)

SiP產(chǎn)品植球工藝中影響植球質(zhì)量的因素主要有植球材料、植球方法和工藝條件。植球材料主要有錫球、助焊劑或錫膏、基板；工藝條件中主要是植球工藝方法、回流溫度曲線、保護(hù)氣氛等。對(duì)于植球材料方面，錫球要保持清潔和防止氧化；助焊劑要保持一定的粘度和良好的助焊性；基板要保持潔凈度和平整度。在植球過程中，主要是通過對(duì)助焊劑量的控制、焊接溫度曲線及保護(hù)氣氛等工藝條件來進(jìn)行相應(yīng)的工藝試驗(yàn)和管控。

植球材料

助焊劑

助焊劑主要是起助焊的作用，一是隔離空氣防止氧化；二是去除PCB焊盤表面及錫球焊接部位的氧化物和污染物，增加毛細(xì)作用，增加潤濕性，防止虛焊；另一個(gè)重要的作用是粘附固定錫球的作用。

助焊劑有2種類型：一種是水洗助焊劑，一種是免洗助焊劑，可根據(jù)產(chǎn)品的工藝要求選擇使用。助焊劑存儲(chǔ)要求：如大為的助焊劑要求以密封狀態(tài)存放在溫度≤30℃，相對(duì)濕度40~60%RH的環(huán)境；存儲(chǔ)期限：從廠家制造日期開始計(jì)算6個(gè)月以內(nèi)；具體可參考助焊劑產(chǎn)品規(guī)格書要求。

錫球

錫球分有鉛錫球和無鉛錫球，有鉛錫球有Sn63Pb37、Sn62Pb36Ag2、 Sn10Pb90、Sn5Pb95；無鉛錫球有Sn100、Sn96.5Ag3.5、Sn96.5Ag3Cu0.5。

錫球的直徑規(guī)格一般有：0.1mm、0.15mm、0.2mm、0.25mm、0.3mm、0.35mm、0.4mm、0.45mm、0.5mm、0.55mm、0.6mm 、0.65mm、 0.76mm。具體可根據(jù)產(chǎn)品的工藝要求選擇使用。

錫球很容易氧化，存儲(chǔ)要求：以密封狀態(tài)存放在溫度25±10℃，相對(duì)濕度≤60%RH的環(huán)境，拆包未使用完的錫球放在防潮柜中或儲(chǔ)存在有氮?dú)獾母稍锕裰校淮鎯?chǔ)期限：從廠家制造日期開始計(jì)算12個(gè)月以內(nèi)；具體可參考產(chǎn)品規(guī)格書要求。

基板（PCB）

基板（PCB）：基板級(jí)SiP產(chǎn)品的PCB建議選用高Tg（Tg≥170℃）的板材；植球后需要進(jìn)行清洗，基板焊盤表面處理優(yōu)選 ENIG（化學(xué)Ni/Au），防止清洗后氧化；PCB厚度規(guī)格有1.6mm、1.4mm、1.2mm、1.0mm、0.8 mm等。

具體可根據(jù)產(chǎn)品的工藝要求選擇使用，重點(diǎn)是要確保PCB的平整度。

結(jié)論

SiP目前已經(jīng)廣泛應(yīng)用于消費(fèi)類電子、物聯(lián)網(wǎng)、智能駕駛、HPC及5G網(wǎng)絡(luò)等領(lǐng)域，有著非常廣闊的應(yīng)用和市場前景。

植球工藝作為SiP產(chǎn)品生產(chǎn)的一個(gè)關(guān)鍵工藝將會(huì)直接影響器件與電路導(dǎo)通的性能及可靠性。為了確保公司SiP產(chǎn)品的質(zhì)量，公司引進(jìn)全自動(dòng)植球技術(shù)和先進(jìn)的生產(chǎn)設(shè)備，采用穩(wěn)定性好、重復(fù)性高、可實(shí)現(xiàn)植球質(zhì)量自反饋的全自動(dòng)化植球設(shè)備，搭建行業(yè)先進(jìn)、高精度、高穩(wěn)定性的全自動(dòng)化SiP線體，提升了產(chǎn)品質(zhì)量與效率。

本文結(jié)合公司SiP產(chǎn)品的特點(diǎn)，從影響植球質(zhì)量的主要因素進(jìn)行簡單的介紹和分析，通過對(duì)SiP產(chǎn)品可制造性設(shè)計(jì)和工藝過程的控制，目前我司SiP產(chǎn)品的植球直通率可達(dá)到99.98%以上，不良率小于100PPM。

作為一家國家高新技術(shù)企業(yè)和科創(chuàng)型企業(yè)，東莞市大為新材料技術(shù)有限公司在MiniLED錫膏、固晶錫膏、系統(tǒng)級(jí)SIP封裝錫膏、激光錫膏、水洗/水溶性錫膏等領(lǐng)域擁有豐富的經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)積累。我們致力于為微細(xì)間距焊接行業(yè)提供高質(zhì)量的錫膏焊接方案，并與國家有色金屬研究院、廣州第五研究所長期合作。我們的開發(fā)團(tuán)隊(duì)由化學(xué)博士和高分子材料專家組成，在電子焊料領(lǐng)域開發(fā)了多元產(chǎn)品，適用于多個(gè)領(lǐng)域。

錫膏粒徑：5號(hào)粉錫膏（15-25μm）、6號(hào)粉錫膏（5-15μm）、7號(hào)粉錫膏（2-11μm）、8號(hào)粉錫膏（2-8μm）、9號(hào)粉錫膏（1-5μm）、10號(hào)粉錫膏（1-3μm）

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