晶圓級封裝工藝與鋼網錫膏網板清洗的重要性解析
射頻前端(RFFE,Radio Frequency Front-End)模組國內外手機終端中廣泛應用。它將功率放大器(PA,Power Amplifier)、開關(Switch)、低噪聲放大器LNA(Low Noise Amplifier)、濾波器(Filter)、無源器件等集成為一個模組,從而提高性能,并減小封裝體積。然而,受限于國外專利以及設計水平等因素,國產濾波器的份額相當低。在模塊集成化的趨勢下,國內射頻巨頭在布局和生產濾波器。聲學濾波器可分為聲表面濾波器和體聲波濾波器,其中聲表面濾波器可根據適用的頻率細分為SAW、TC-SAW和IHP-SAW。體聲波濾波器適用于較高的頻段,可細分為BAW、FBAR、XBAR等。無論是SAW(Surface Acoustic Wave filter)還是BAW(Bulk Acoustic Wave Filter),均是在晶圓級封測后以倒裝芯片的工藝貼裝在模組上。在晶圓級封裝工藝中,Bump制造是相當重要的一道工序。
下面從鋼網的工藝和設計、錫膏的特性等方面進行分析。
一、鋼網印刷
鋼網印刷的目的是使錫膏材料通過特定的圖案孔沉積到正確的位置上。首先,將錫膏放到鋼網上,再用刮刀使其通過鋼網開孔沉積到焊盤上。鋼網與晶圓之間的距離(印刷間隙)、印刷角度、壓力、速度和膏體的流變特性是確保錫膏印刷的關鍵參數。一旦鋼網開孔被膏體填滿,脫模后膏體留在每個焊盤上,沉積在焊盤上的體積取決于鋼網的孔距和孔壁的質量、焊盤的表面特性和膏體的流變性能。
二、鋼網的加工工藝與開孔設計
鋼網孔壁質量、尺寸一致性、定位精度和鋼網生產成本是鋼網生產工藝的選擇標準。考慮到帶有Bump的濾波器是以倒裝芯片的工藝應用在前端射頻模組里,其特點是Bump的尺寸小(bump高度在50~100μm之間)、間距小、對Bump高度的一致性要求高(共面度在10μm以內)。為了滿足以上要求,業內最常選用的是納米涂層鋼網和電鑄鋼網。
納米涂層鋼網的工藝是:在激光切割的基礎上對鋼網進行清洗,然后在鋼網內壁進行打磨拋光以降低粗糙度,最后涂覆納米涂層。納米涂層使接觸角顯著增加,從而降低鋼網材料的表面能,有利于錫膏脫模。
電鑄鋼網的制作方法是:先在導電基板上用光刻技術制備模板,然后在阻膠膜周圍進行直流電鑄,最后從光刻膠孔上剝離。電鑄鋼網的質量和印刷性能取決于光刻膠的靈敏度、所用光刻工具的類型、導電基材的光學性能和電鑄工藝。電鑄鋼網的開孔內壁非常光滑,其印刷脫模的表現也最好最穩定。
小結,納米涂層鋼網的印刷表現略遜于電鑄鋼網,其涂層在批量生產一段時間后可能會脫落,但是納米涂層鋼網的價格遠低于電鑄鋼網;電鑄鋼網的側壁非常光滑,其印刷表現最好,是超細間距應用的最佳選擇,但電鑄鋼網的價格相當昂貴。鋼網的選擇取決于客戶對產品特性和成本的綜合考量。
開孔面積比
由于CTE不匹配會影響封裝的可靠性,符合高度要求的Bump在這方面會起到積極的作用。這就要求鋼網印刷過程可靠地沉積穩定的錫膏量,以產生堅固的互連。錫膏從鋼網孔的釋放是由錫膏在鋼網孔側壁和晶圓焊盤之間的相互作用決定的。據文獻記載,為了從鋼網印刷中獲得良好的膏體釋放效率,模板開孔面積比 [開孔面積比=開口面積/孔壁面積] 應大于0.66。該比率限制了給定孔徑大小的模板厚度,并要求使用更薄的模板來印刷更細的間距。隨著鋼網制作工藝的提升,鋼網開孔的面積比可以適當降低。
三、錫膏
錫膏是由焊粉和助焊劑均勻混合而成的膏體,其中錫球的形狀、顆粒大小、尺寸分布、氧化程度以及助焊劑載體的流變性能和配方體系,都對錫膏的印刷和回流性能起著重要作用。
選擇合適粒徑的錫膏非常重要,助焊劑體系的選擇也是非常關鍵。因為一些SAW 的IDT 位置是裸露的,焊錫膏或助焊劑的飛濺都有可能影響IDT 的信號和聲波之間的轉換。。Bump 中空洞的表現也是非常重要的質量指標,尤其是在模組中經過多次回流焊之后。
四、錫膏鋼網印刷后的清洗的必要性
清潔的目的是去除零件表面的外來雜質,以避免對產品的性能和外觀上造成不利影響。清潔SMT鋼網是為保持其最佳狀態以方便再次使用。
為了減輕由于污染造成產品失效的風險,清洗工藝必須提供一個已定義的工藝窗口,該窗口是可重復的并且是橫跨組裝工藝中所遇到的變量的廣闊區間。為實現一個高良率的清洗工藝,許多因素影響著清洗工藝窗口:基板,污染物,可用的清洗技術,清洗設備,和環境因素。
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