錫膏微凸點(diǎn)幾何形狀
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錫膏微凸點(diǎn)幾何形狀
隨著封裝工藝的發(fā)展，為了滿足更高的封裝要求，越來越多廠家開始使用BGA工藝。BGA工藝能夠通過將錫膏印刷在焊盤上，從而回流后形成微凸點(diǎn)。隨后可將元件與凸點(diǎn)進(jìn)行焊接。印刷錫膏的工藝需要得到精密的控制，因?yàn)橥裹c(diǎn)的幾何結(jié)構(gòu)對(duì)焊點(diǎn)的可靠性有很大的影響。表面張力，錫膏焊盤接觸角和密度通常是影響焊料凸點(diǎn)幾何形狀的材料特征的關(guān)鍵因素。因此，為了應(yīng)對(duì)半導(dǎo)體技術(shù)中的微架構(gòu)設(shè)計(jì)，需要更好地了解焊料凸點(diǎn)的幾何形狀。
凸點(diǎn)結(jié)構(gòu)可以用來應(yīng)對(duì)各種尺寸的封裝要求，錫膏凸點(diǎn)的表面張力，焊料焊盤接觸角和密度決定了可達(dá)到的最小凸點(diǎn)表面積。Yusof et al. (2022) 使用不同種類錫膏進(jìn)行凸點(diǎn)制作并觀察幾何結(jié)構(gòu)(圖1)。由圖2可知，目前主流凸點(diǎn)工藝中，標(biāo)準(zhǔn)倒裝凸點(diǎn)尺寸最大，而細(xì)間距銅柱凸點(diǎn)最小。
圖1. 錫膏材料的密度和表面張力參數(shù)(Yusof et al., 2022)。
圖2. 不同凸點(diǎn)形式的標(biāo)準(zhǔn)和要求 (Yusof et al., 2022)。
根據(jù)Yusof et al.的模擬結(jié)果，錫膏凸點(diǎn)平均最大寬度和平均高度與Surface Evolver軟件預(yù)測(cè)的結(jié)構(gòu)的百分比差異隨錫膏量下降而上升。由于細(xì)間距銅柱凸點(diǎn)的尺寸最小，得到的最大寬度和高度間的差異最大。此外，由于實(shí)現(xiàn)靜態(tài)平衡力所需的總能量隨著體積的減小而增加，因此難以用較小的凸塊尺寸實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定性。從標(biāo)準(zhǔn)倒裝芯片到最小的細(xì)間距銅柱，達(dá)到平衡所需的單位初始面積的總能量減少增加了數(shù)百倍。
圖3. 使用Surface Evolver模擬不同錫膏制成的凸點(diǎn)幾何結(jié)構(gòu)尺寸 (Yusof et al., 2022)。
表面張力越大，錫膏和焊盤接觸角就會(huì)越大，因此凸點(diǎn)的高度會(huì)增加。并且大張力會(huì)縮小寬表面積和寬度。密度的變化同樣影響高度。密度增加會(huì)使得凸點(diǎn)高度變小，在回流過程中受到重力，大密度，大張力共同作用下，凸點(diǎn)高度寬度降低。
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參考文獻(xiàn)
Ab Aziz bin Mohd Yusof, Mohd Al Fatihhi Mohd Szali Januddi, & Muhamad Noor Harun. (2022), “A study of micro-scale solder bump geometric shapes using minimizing energy approach for different solder materials, Ain Shams Engineering Journal”, vol.13(6).
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