铜核球支援下世代的半导体封装

近几年,平板与智慧型手机以超高的人气,在市场需求下急速扩张。伴随着大众对高机能需求的同时,高密度封装技术也同样被追求着,为实现高机能、高密度化,可预想到CSP的尺寸将变得愈来愈薄也愈来愈大,相对的也更期待着3D封装化与大型WL-CSP化等新技术与新材料的出现。千住金属工业也回应这些要求,准备了许多不同目的及用途的焊材,于SEMI Taiwan中发表。
所谓的3D封装,是PKG与电子零件,以纵向方式向上接合,基板与零件会在近250°C的回焊炉中反覆的来回。其结果,因钖球熔融,再加上负荷过重,有可能造成钖球与钖球间互相接触而发生电气短路的情况。针对这个课题,千住金属提出了可确实确保空间的铜核球。铜核球中作为核心的铜球,其熔点温度约为1,080°C,即在回焊剂中返覆来回,铜球的形状也不会改变,故能为3D封装保留出一定的空间。并且,在一般电镀工程中所必须用的铜柱,也可以改换成铜核球,以现有设备来进行封装制程。
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铜核球是由铜球、镀镍层、镀锡层而组成的一种复合式多层次构造的焊锡球。
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具耐热疲劳特性的M758能与Chip间的接合更为坚固,是最适合WLCSP用的钖球材料。
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伴随着高机能、高密度封装,Chip的大小也会愈来愈倾向于薄而大。由于基板与热膨胀系数小的Si进行接合时,会因热膨胀系数的差别而导致电极与钖球互相碰触,进而可能造成破坏甚至是不良。千住金属工业针对这个问题,开发了M758作为解决方案。
M758是将Sn-3Ag-Cu系列再添加Bi与Ni,经由固溶强化与析出强化,进而加强巩固其构造,基板与Chip间的接合更为坚固,其耐热疲劳的特性,是最适合WLCSP用的钖球材料。
由于行动装置在特性上,所具备需求耐落下冲击,所搭载的电池面积增加的因素,在回路部分,因需求高密度封装,增加周边零件耐热疲劳的特性。千住金属针对以上需求,开发了兼具耐热疲劳性与耐落下冲击性的钖球M770。
一般而言,因热疲劳性所产生的裂痕,是焊钖膨胀时所产生的,而落下冲击特性所产生的裂痕,则是于焊钖与PKG的接合界上产生。若追求耐疲劳性,则会降低其耐落下冲击性,反之亦然。若想在拥有耐热疲劳性下同时拥有耐落下冲击性时,其各种approach的方法又互为左右,实在很难拿捏其中的对策。
针对这个问题,由Ag的含有量可以左右焊钖的柔软性,将Ag含量调整是适合耐疲劳性的状态。一般在进行PKG表面处理时,Cu、Ni与无铅焊钖中的主要成份Sn,非常容易产生反应,进而产生相当厚度的合金层,但添加了Cu与Ni后,可抑制接合面的合金层反应,故所产生之合金属较薄。而M770在受到落下冲击时,可借由缓和焊钖与基板的接合界面的冲击,进而预防裂痕产生。在热冲击试验中,同样可以减少在焊钖膨胀时会产生裂痕的可能性。
基于多工能化的需求,不仅PKG要求的尺寸以小且省空间为主,在追求钖球封装要小Chip化的同时,也要求须为免洗净的制品,因此在助焊剂的选择上相当的重要。千住金属开发了濡湿性、低挥发性与洗净性优异的WF-6317与MB-T100、封装后不需洗净的DELTALUX FLUX901K系列,与以助焊剂残渣作为接合处补强,并且与Underfill有良好相容性的Joint Protect Flux JPK8等,运用于各种用途的助焊剂。
千住金属针对半导体封装上各项不同的课题,提出各种的解决方案。

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