系統(tǒng)級(jí)封裝（SiP， System in Package）作為現(xiàn)代電子產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)小型化、高性能與多功能集成的關(guān)鍵技術(shù)，其制造工藝的精細(xì)度直接決定了最終產(chǎn)品的可靠性與性能。其中，植球工藝作為實(shí)現(xiàn)SiP內(nèi)部芯片與外部電路板電氣互聯(lián)及物理支撐的核心步驟，在電子元器件制造中占據(jù)著至關(guān)重要的地位。本文旨在對(duì)SiP產(chǎn)品的植球工藝進(jìn)行簡(jiǎn)要分析。
一、 植球工藝概述
植球，即在封裝基板或芯片的焊盤上形成規(guī)則陣列的球形焊點(diǎn)（通常為錫鉛或無鉛焊料）。在SiP中，這些焊球不僅是電氣連接的通道，也作為模塊與印制電路板（PCB）之間的機(jī)械連接和散熱路徑。植球工藝的質(zhì)量直接影響到SiP模塊的焊接良率、長(zhǎng)期可靠性和電氣性能。
二、 主要工藝流程
典型的SiP植球工藝主要包括以下幾個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)：
- 焊盤預(yù)處理：清潔SiP基板焊盤，去除氧化物和污染物，必要時(shí)進(jìn)行表面涂覆（如OSP、化金、化銀等），以確保良好的可焊性和焊球結(jié)合力。
- 助焊劑涂敷：在焊盤上精確施加適量的助焊劑（膏狀或液體），其作用是去除焊盤和焊料球表面的氧化層，降低焊接表面張力，促進(jìn)潤濕。
- 焊球放置：通過專用的植球治具（模板或吸嘴陣列）將直徑尺寸精確統(tǒng)一（如0.1mm至0.76mm不等）的焊料球準(zhǔn)確放置到每個(gè)焊盤上。此步驟對(duì)精度和一致性要求極高。
- 回流焊接：將放置好焊球的SiP基板送入回流焊爐，經(jīng)過預(yù)熱、保溫、回流和冷卻四個(gè)階段。焊球在高溫下熔化，在助焊劑作用和焊盤金屬化層的共同影響下，與焊盤形成良好的金屬間化合物（IMC）連接，冷卻后凝固形成穩(wěn)固的球形焊點(diǎn)。
- 清洗與檢測(cè)：去除殘留的助焊劑，然后進(jìn)行嚴(yán)格的質(zhì)量檢測(cè)，包括焊球外觀（形狀、光澤、一致性）、高度、共面性以及電氣連通性測(cè)試等。
三、 工藝挑戰(zhàn)與關(guān)鍵技術(shù)點(diǎn)
- 微細(xì)化與高密度：隨著SiP集成度提高，焊球間距（Pitch）不斷縮小，球徑日益微小，對(duì)焊球放置精度、模板制造技術(shù)以及防止焊球橋連提出了嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。
- 共面性控制：所有焊球頂部構(gòu)成的平面必須具有極高的共面度（通常要求小于球徑的25%），否則在后續(xù)與PCB焊接時(shí)會(huì)導(dǎo)致部分焊點(diǎn)開路或虛焊。這要求基板平整度、焊球尺寸一致性及植球工藝本身都極為精確。
- 材料兼容性與可靠性：需綜合考慮焊料合金（如SAC305）、助焊劑成分、基板焊盤鍍層材料之間的兼容性。形成的IMC厚度與形態(tài)需優(yōu)化，以保證在熱循環(huán)、機(jī)械沖擊等使用條件下的長(zhǎng)期可靠性。
- 無鉛化與高溫工藝：環(huán)保要求推動(dòng)無鉛焊料的應(yīng)用，但其熔點(diǎn)更高、潤濕性可能稍差，對(duì)回流焊溫度曲線控制提出了更精細(xì)的要求。
四、 發(fā)展趨勢(shì)
SiP植球工藝將朝著以下幾個(gè)方向發(fā)展：
- 超細(xì)間距與混合植球：應(yīng)對(duì)更復(fù)雜的異構(gòu)集成，可能出現(xiàn)同一模塊上不同區(qū)域不同球徑、間距的混合植球技術(shù)。
- 先進(jìn)植球技術(shù)：如采用噴墨打印技術(shù)直接沉積焊料并形成焊球，實(shí)現(xiàn)更高的靈活性和材料利用率。
- 銅柱凸點(diǎn)（Cu Pillar）等替代方案：對(duì)于極高密度互聯(lián)，部分應(yīng)用可能采用銅柱加帽等非球形互聯(lián)結(jié)構(gòu)，但傳統(tǒng)植球在中高密度領(lǐng)域仍將長(zhǎng)期扮演重要角色。
- 智能化與在線檢測(cè)：集成機(jī)器視覺和人工智能，實(shí)現(xiàn)植球過程的實(shí)時(shí)監(jiān)控、缺陷自動(dòng)識(shí)別與工藝參數(shù)自適應(yīng)調(diào)整。
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植球工藝是SiP產(chǎn)品制造鏈中承上啟下的關(guān)鍵一環(huán)，其技術(shù)水平是衡量SiP制造能力的重要標(biāo)志。隨著電子產(chǎn)品持續(xù)向微型化、高性能演進(jìn)，不斷優(yōu)化和創(chuàng)新植球工藝，對(duì)于提升我國高端電子元器件制造能力，保障產(chǎn)業(yè)鏈安全與競(jìng)爭(zhēng)力，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。制造企業(yè)需持續(xù)投入，在材料、設(shè)備、工藝控制和檢測(cè)技術(shù)等方面深耕細(xì)作，方能突破瓶頸，滿足未來更苛刻的應(yīng)用需求。
