SIP系统级封装植球工艺详解及合明科技SIP系统封装清洗介绍

我们来详细介绍一下系统级封装中的核心工艺之一——植球工艺。

一、 什么是植球工艺？

植球工艺，全称为焊球植球工艺，是指在集成电路芯片的焊盘或封装基板的焊盘上，通过一系列技术手段，精确地放置并固定微小尺寸的焊料球的过程。这些焊料球将成为封装体与外部电路（如印刷电路板-PCB）进行电气连接和机械连接的桥梁。

在系统级封装中，植球是实现芯片与基板、或基板与PCB之间互连的关键步骤，它直接影响到最终产品的可靠性、性能和良率。

二、 植球工艺的主要步骤流程

植球工艺是一个精细且要求严格的过程，通常包含以下核心步骤：

第一步：前期准备

1. 基板清洁：使用等离子清洗或化学溶剂清洗封装基板的焊盘表面，去除有机物、氧化物和颗粒污染物，确保焊盘具有良好的可焊性。

2. 焊膏印刷：

• 制作一块与焊盘位置精确对应的钢网。

• 将钢网对准并覆盖在基板上。

• 使用刮刀将适量的焊膏通过钢网开口印刷到每个焊盘上。焊膏起到临时固定焊球和助焊的作用。

第二步：植球
这是最核心的环节，主要有两种主流技术：

1. 钢网植球法

• 过程：使用一块专门制作的、开孔位置与焊盘一一对应的植球钢网。将钢网精确对位到已印刷好焊膏的基板上，然后通过振动或倾倒的方式，让焊球落入钢网的每一个孔中。多余的焊球会被刮走回收。

• 特点：效率高，适合大批量生产。但对钢网精度和焊球尺寸一致性要求极高。

2. 助焊剂植球法

• 过程：首先在整个焊盘区域均匀涂布一层薄薄的助焊剂。然后使用一个专用的、带有与焊盘阵列对应凹坑的植球头，通过真空吸附将焊球精确地排列在植球头上。接着，植球头移动并对准基板，释放真空，将整排或整个阵列的焊球一次性放置在涂有助焊剂的焊盘上。助焊剂的粘性可以暂时固定焊球。

• 特点：精度更高，对焊球共面性控制好，尤其适合细间距、高密度和混排尺寸的植球，是目前最先进和主流的工艺。

第三步：回流焊接

• 将植好球的基板传送至回流焊炉中。

• 基板经过一个预设的温度曲线，焊球和焊膏/助焊剂经历预热、恒温、回流（熔化）和冷却过程。

• 在回流阶段，焊料熔化，表面张力使其形成一个完美的球体，并与基板焊盘形成牢固的金属间化合物，实现冶金结合。

第四步：清洗与检查

1. 清洗：使用去离子水或专用清洗剂，去除回流焊后残留的助焊剂等污染物。

2. 检查：

• 光学检查：使用自动光学检查设备，检查植球是否存在缺失、偏移、桥连、尺寸不一等缺陷。

• X-ray检查：用于检测隐藏在焊球下方的空洞、裂纹等内部缺陷。

• 共面性检测：确保所有焊球的高度一致，这对于后续的焊接可靠性至关重要。

三、 植球工艺的主要特点

1. 高密度互连能力

• 植球工艺可以实现非常小的焊球间距，目前先进的工艺可以处理0.3mm甚至更细的间距，这使得SiP能够在有限的面积内容纳更多的I/O数量，满足现代电子产品小型化、高功能化的需求。

2. 优异的电气和热性能

• 焊球提供了短而直接的电气连接路径，减少了信号传输延迟和电感，提升了高频性能。

• 同时，焊球也是有效的导热通道，有助于将芯片产生的热量传导到PCB并散发出去。

3. 高可靠性和机械稳定性

• 回流后形成的焊点强度高，能够承受一定的机械应力（如振动、冲击）。

• 整个焊球阵列共同支撑封装体，提供了稳定的机械结构。在芯片和PCB的热膨胀系数不匹配时，焊球阵列能通过自身的形变来吸收部分热应力，防止连接点疲劳开裂。

4. 工艺灵活性强

• 混排技术：可以在同一个基板上植入不同尺寸、不同合金成分的焊球。例如，外围放置大尺寸焊球用于机械支撑和电源/接地，中心区域放置小尺寸焊球用于高速信号传输。

• 材料可选：可以根据应用需求（如无铅要求、高温应用）选择不同成分的焊料，如SAC305（锡-银-铜）、高铅焊料等。

5. 挑战与难点

• 精度要求极高：无论是钢网对位还是植球头对位，微米级的偏差都可能导致桥连或虚焊。

• 焊球处理困难：微米级的焊球极易氧化、静电吸附，对储存和使用环境要求苛刻。

• 共面性控制：焊球高度不一致会导致焊接时部分焊球接触不良，形成“枕头效应”等缺陷。

• 空洞问题：焊接过程中可能产生气泡，形成空洞，影响导热和机械强度。

• 成本：高精度的设备（如植球机、AOI）和辅助工具（高精度钢网/植球头）成本高昂。

四、 总结

植球工艺是系统级封装实现高密度、高性能、高可靠性三维集成不可或缺的基石。它通过将成千上万个微小的焊球精确地放置在封装基板上，构建了芯片与外部世界的“微型立交桥”。随着SiP技术向更细间距、更高集成度和异质集成方向发展，植球工艺也在不断演进，其精度、效率和可靠性将持续推动着先进封装技术的进步。

简单来说，您可以将其理解为在芯片或基板的“地基”上，用最精密的方式“种”上一片整齐的“金属球森林”，这片森林的质量直接决定了整个系统级封装建筑的稳固与通畅。

系统级封装工艺清洗-合明科技锡膏助焊剂清洗剂介绍：

水基清洗的工艺和设备配置选择对清洗精密器件尤其重要，一旦选定，就会作为一个长期的使用和运行方式。水基清洗剂必须满足清洗、漂洗、干燥的全工艺流程。

污染物有多种，可归纳为离子型和非离子型两大类。离子型污染物接触到环境中的湿气，通电后发生电化学迁移，形成树枝状结构体，造成低电阻通路，破坏了电路板功能。非离子型污染物可穿透PC B 的绝缘层，在PCB板表层下生长枝晶。除了离子型和非离子型污染物，还有粒状污染物，例如焊料球、焊料槽内的浮点、灰尘、尘埃等，这些污染物会导致焊点质量降低、焊接时焊点拉尖、产生气孔、短路等等多种不良现象。

这么多污染物，到底哪些才是最备受关注的呢？助焊剂或锡膏普遍应用于回流焊和波峰焊工艺中，它们主要由溶剂、润湿剂、树脂、缓蚀剂和活化剂等多种成分，焊后必然存在热改性生成物，这些物质在所有污染物中的占据主导，从产品失效情况来而言，焊后残余物是影响产品质量最主要的影响因素，离子型残留物易引起电迁移使绝缘电阻下降，松香树脂残留物易吸附灰尘或杂质引发接触电阻增大，严重者导致开路失效，因此焊后必须进行严格的清洗，才能保障电路板的质量。

合明科技研发的水基清洗剂配合合适的清洗工艺能为芯片封装前提供洁净的界面条件。

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主营产品包括：集成电路与先进封装清洗材料、电子焊接助焊剂、电子环保清洗设备、电子辅料等。

半导体技术应用节点：FlipChip ;2D/2.5D/3D堆叠集成;COB绑定前清洗；晶圆级封装；高密度SIP焊后清洗；功率电子清洗。