5G通信具有高頻率、寬帶化、高功率密度的技術(shù)特點(diǎn)，其對(duì)射頻前端器件的需求也大幅度增加。同時(shí)，為了控制組裝后器件的體積，因此射頻前端模組化是必然。射頻前端模組將功率放大器(PA)、濾波器(SAW、TF-SAW BAW 等)、天線、開關(guān)(Switch)和低噪聲放大器(LNA)、無源器件等集成在一個(gè)模組里。因?yàn)镻A、天線、開關(guān)、LNA已經(jīng)較為成熟并實(shí)現(xiàn)了國產(chǎn)化，而濾波器技術(shù)長期被國外的企業(yè)控制從而成為5G射頻模組的技術(shù)瓶頸。近年來，國產(chǎn)濾波器逐漸被各大主機(jī)廠認(rèn)證，使得國產(chǎn)的射頻前端模組成為可能。對(duì)于封測(cè)廠來說這即是機(jī)會(huì)又是全新的挑戰(zhàn)。

在傳統(tǒng)的射頻模組的封裝制程中，元器件的貼裝采用了SMT的技術(shù)，主要的工藝步驟如圖1(示意圖省略了SPI 、AOI工序)

圖1：傳統(tǒng)的工藝步驟

如圖1所示工藝流程，首先使用第一臺(tái)印刷機(jī)印刷助焊劑在倒裝芯片的位置上，然后再使用第二臺(tái)印刷機(jī)印刷錫膏在無源器件的位置上，但是，需要使用階梯鋼網(wǎng)將已印刷助焊劑的位置規(guī)避掉，以防止第二次印刷對(duì)助焊劑的影響。所以這樣的制程中需要兩臺(tái)印刷機(jī)、兩張鋼網(wǎng)、兩種材料(助焊劑和錫膏)。

因?yàn)?a target="_blank">產(chǎn)品設(shè)計(jì)要求在更小的封裝尺寸上實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的更強(qiáng)大模組功能，那么必須要在模組內(nèi)部進(jìn)行高密度的貼裝。但這給SMT工藝帶來了前所未有的的挑戰(zhàn)，如表1所示。

表1：模組封裝中面臨的挑戰(zhàn)

為了應(yīng)對(duì)上述挑戰(zhàn)，賀利氏開發(fā)了一次性印刷(All-in-oneprinting)工藝，如圖2所示。

圖2：一次性印刷的工藝流程

從圖2可以看出，該工藝省去了傳統(tǒng)工藝的助焊劑印刷，采用一次性錫膏印刷以應(yīng)對(duì)所有類型的器件，可以大幅節(jié)約設(shè)備投資和制程時(shí)間。同時(shí)，由于SPI對(duì)錫膏有更好的辨識(shí)度，采用新工藝還可以規(guī)避SPI無法識(shí)別助焊劑的問題。

但該工藝需要能夠應(yīng)對(duì)下面具體挑戰(zhàn)：

008004對(duì)應(yīng)的鋼網(wǎng)開窗尺寸在90-100um甚至更小，新工藝是否能保證錫膏印刷的一致性?

2. 某些FC 芯片的銅柱之間的間距窄至130-150um，新工藝是否可以控制錫量的穩(wěn)定性以防止連錫?對(duì)此我們?cè)O(shè)計(jì)了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證：

鋼網(wǎng)：超薄的電鑄鋼網(wǎng)

錫膏：兩種7號(hào)粉錫膏WS5112 T7和 AP520 T7

具體如表2所示。

表2：印刷參數(shù)與鋼網(wǎng)設(shè)計(jì)

印刷結(jié)果通過SPI 的檢測(cè)呈現(xiàn)(Koh Young Meister S 5um分辨率.)如圖3所示

圖3：SPI 檢測(cè)結(jié)果

從圖3可以看出，在50um的開孔尺寸以上，印刷錫膏的高度具有非常高的一致性，方孔與圓孔錫膏釋放高度也比較接近;當(dāng)孔徑為50um時(shí)，錫膏釋放高度明顯下降。

印刷后的實(shí)物檢查及缺陷統(tǒng)計(jì)，如圖4，圖5，表3所示。

圖4：方形開孔的印刷實(shí)物

表3：印刷結(jié)果的統(tǒng)計(jì)

(備注：LS =linespace即鋼網(wǎng)開孔的間隙，SO=stencilopening鋼網(wǎng)開孔)

從表3可以看出，AP520 T7具有更大的工藝窗口，能夠支持的最小孔徑尺寸(SO)達(dá)55um，而WS5112 T7從60um孔徑及以下開始出現(xiàn)錫膏量不足的問題。

綜上，7號(hào)粉錫膏的可印刷性良好，能夠滿足超細(xì)間距的要求。

Bump焊點(diǎn)開路(Non-wet-open)：通常Bump共面度、基板變形、flux 活性不足是造成bump焊點(diǎn)開路的部分原因。當(dāng)出現(xiàn)以上情況時(shí)，印刷一定厚度錫膏在基板的焊盤上，錫膏能夠保持印刷的形狀以填補(bǔ)因?yàn)閎ump共面度差異大或者基板的翹曲導(dǎo)致bump與焊盤之間較大的間隙，從而避免回流焊后bump焊點(diǎn)開路。Flux不含有金屬成分且印刷后具有較好的流動(dòng)性保持印刷后的形狀比較困難，所以flux不具備這樣的作用。為改善該問題客戶使用了WS5112 T7錫膏做了驗(yàn)證。

客戶端的案例分享

Test Vehicle: SiP 封裝包含3個(gè)Flip-chip和18個(gè)01005被動(dòng)器件。 4個(gè)測(cè)試組別，每組80個(gè)焊點(diǎn)，總計(jì)320個(gè)測(cè)試點(diǎn)。

?FC 鋼網(wǎng)開孔最大的是125x720um,

?最小的開孔是70um，

?最小的開孔間隙(相鄰開孔邊緣到邊緣)40um

?電鑄鋼網(wǎng)的厚度30um

?錫膏是賀利氏WS5115 T7 以及競(jìng)品A和B。

測(cè)試結(jié)果如表4所示：

表4：測(cè)試結(jié)果對(duì)比

如表4測(cè)試結(jié)果顯示：競(jìng)品A和B的連錫不良率高達(dá)44.7%和55%，而WS5112只有0.9%。空洞良率表現(xiàn)A是0，B是94.1%，WS5112是100%(如圖6X-RAY照片)。在這個(gè)測(cè)試中最嚴(yán)苛的是40um的開孔間隙，已超出我們推薦的下限(最小開孔70um，開孔間隙50um)，WS5112和競(jìng)品A和B相比是有非常顯著的優(yōu)勢(shì)的。

在前文展示的印刷測(cè)試的結(jié)果，當(dāng)最小開孔是70um，最小間隙是 50um的時(shí)候不論是方形的開孔還是圓形的開孔均沒有出現(xiàn)連錫的問題。結(jié)合此次測(cè)試的結(jié)果，我們可知WS5112能夠支持的最小開孔間隙是50um。同時(shí)，Non-wet-open的不良率減少了600倍 (ppmlevel)，實(shí)際切片圖如圖6所示。

圖6：空洞表現(xiàn)

一次性印刷方案能夠帶來很多益處：

1.工藝步驟更少：超細(xì)粉錫膏搭配超薄鋼網(wǎng)，提高在更細(xì)間距上的可印刷性，可以替代助焊劑的應(yīng)用。

2.成本更低：消除了助焊劑，額外的鋼網(wǎng)、印刷設(shè)備

3.減少不良率：減少因基板翹曲和錫球共面度差異大引起的開路問題

一次性印刷是已經(jīng)在國內(nèi)外大廠批量生產(chǎn)的成熟工藝方案，賀利氏能夠提供匹配的材料和專業(yè)的服務(wù)。

表5：WS5112和AP520信息對(duì)照表

兩款錫膏的基本信息如上表5，如有需要求和疑問請(qǐng)聯(lián)系賀利氏電子。

審核編輯 黃宇