銅核球支援下世代的半導體封裝

近幾年，平板與智慧型手機以超高的人氣，在市場需求下急速擴張。伴隨著大眾對高機能需求的同時，高密度封裝技術也同樣被追求著，為實現(xiàn)高機能、高密度化，可預想到CSP的尺寸將變得愈來愈薄也愈來愈大，相對的也更期待著3D封裝化與大型WL-CSP化等新技術與新材料的出現(xiàn)。千住金屬工業(yè)也回應這些要求，準備了許多不同目的及用途的焊材，于SEMI Taiwan中發(fā)表。

所謂的3D封裝，是PKG與電子零件，以縱向方式向上接合，基板與零件會在近250°C的回焊爐中反覆的來回。其結果，因钖球熔融，再加上負荷過重，有可能造成钖球與钖球間互相接觸而發(fā)生電氣短路的情況。針對這個課題，千住金屬提出了可確實確?？臻g的銅核球。銅核球中作為核心的銅球，其熔點溫度約為1,080°C，即在回焊劑中返覆來回，銅球的形狀也不會改變，故能為3D封裝保留出一定的空間。并且，在一般電鍍工程中所必須用的銅柱，也可以改換成銅核球，以現(xiàn)有設備來進行封裝制程。


銅核球是由銅球、鍍鎳層、鍍錫層而組成的一種復合式多層次構造的焊錫球。


具耐熱疲勞特性的M758能與Chip間的接合更為堅固，是最適合WLCSP用的钖球材料。

伴隨著高機能、高密度封裝，Chip的大小也會愈來愈傾向于薄而大。由于基板與熱膨脹系數(shù)小的Si進行接合時，會因熱膨脹系數(shù)的差別而導致電極與钖球互相碰觸，進而可能造成破壞甚至是不良。千住金屬工業(yè)針對這個問題，開發(fā)了M758作為解決方案。

M758是將Sn-3Ag-Cu系列再添加Bi與Ni，經(jīng)由固溶強化與析出強化，進而加強鞏固其構造，基板與Chip間的接合更為堅固，其耐熱疲勞的特性，是最適合WLCSP用的钖球材料。

由于行動裝置在特性上，所具備需求耐落下沖擊，所搭載的電池面積增加的因素，在回路部分，因需求高密度封裝，增加周邊零件耐熱疲勞的特性。千住金屬針對以上需求，開發(fā)了兼具耐熱疲勞性與耐落下沖擊性的钖球M770。

一般而言，因熱疲勞性所產(chǎn)生的裂痕，是焊钖膨脹時所產(chǎn)生的，而落下沖擊特性所產(chǎn)生的裂痕，則是于焊钖與PKG的接合界上產(chǎn)生。若追求耐疲勞性，則會降低其耐落下沖擊性，反之亦然。若想在擁有耐熱疲勞性下同時擁有耐落下沖擊性時，其各種approach的方法又互為左右，實在很難拿捏其中的對策。

針對這個問題，由Ag的含有量可以左右焊钖的柔軟性，將Ag含量調(diào)整是適合耐疲勞性的狀態(tài)。一般在進行PKG表面處理時，Cu、Ni與無鉛焊钖中的主要成份Sn，非常容易產(chǎn)生反應，進而產(chǎn)生相當厚度的合金層，但添加了Cu與Ni后，可抑制接合面的合金層反應，故所產(chǎn)生之合金屬較薄。而M770在受到落下沖擊時，可借由緩和焊钖與基板的接合界面的沖擊，進而預防裂痕產(chǎn)生。在熱沖擊試驗中，同樣可以減少在焊钖膨脹時會產(chǎn)生裂痕的可能性。

基于多工能化的需求，不僅PKG要求的尺寸以小且省空間為主，在追求钖球封裝要小Chip化的同時，也要求須為免洗凈的制品，因此在助焊劑的選擇上相當?shù)闹匾?。千住金屬開發(fā)了濡濕性、低揮發(fā)性與洗凈性優(yōu)異的WF-6317與MB-T100、封裝后不需洗凈的DELTALUX FLUX901K系列，與以助焊劑殘渣作為接合處補強，并且與Underfill有良好相容性的Joint Protect Flux JPK8等，運用于各種用途的助焊劑。

千住金屬針對半導體封裝上各項不同的課題，提出各種的解決方案。