提升SiP良率　賀利氏推出創新的無飛濺7號焊錫膏

賀利氏推出創新的無飛濺7號焊錫膏

隨著系統級封裝(SiP)的尺寸與元件間距越來越小，焊錫膏特性已成為影響產品良率的重要因素。對此，領先半導體材料供應商賀利氏電子(Heraeus)日前發表創新的水溶性WS5112 7號焊錫膏，可在小至70微米的焊盤上印刷，細線間距可以達到50微米，而且在回流焊製程中不會出現飛濺，能顯著提高良率。

賀利氏電子全球産品經理陳麗珊表示，各類行動、穿戴式以及物聯網裝置的龐大需求推動了半導體封裝的微型化發展。由於在SiP中的元件數量越來越多，使得封裝密度持續增加，這對焊接材料帶來了新的挑戰。對業者來說，常見的問題包括焊錫飛濺，及錫珠問題會造成銅柱短路，而成形不良的焊點，則會導致長期耐久性的失效。

創新特性：無飛濺、單一助焊劑可搭配四種粉號

賀利氏新推出的WS5112焊錫膏便是專為解決這些問題所開發的。台灣賀利氏公司主要客戶管理林雋喆介紹說，WS5112的助焊劑性能極其穩定，一般的水洗錫膏由於具吸水特性，會在回焊過程中造成飛濺，對細間距封裝來說，便容易造成短路問題。賀利氏透過獨特的配方，改良助焊劑設計，能在最嚴苛的260°C條件下維持10分鐘，完全無飛濺產生。

此外，它還具備優異的冷熱坍塌(slump)特性，在回焊過程的加熱期間，錫膏不會流出焊墊區域而產生錫珠，這些錫珠往往會造成覆晶晶片的短路，因而影響封裝良率。

WS5112的另一個創新特性是，由於助焊劑的突破，能夠以單一助焊劑搭配T4~T7四種粉號，這是除了無飛濺之外的另一項業界創舉。

陳麗珊解釋說，通常不同大小的被動元件需採用不同編號的錫粉，而且每一種粉號搭配的助焊劑也都不同。但是WS5112可支援四種粉號，對客戶來說，不僅使用的經驗可以累積，操作也更為簡易。此外，7號粉(2~11um)雖然粒徑小，仍可支援尺寸較大的元件，讓0201、01005、004008等不同大小的元件能共用相同的錫膏，生產效益高。

林雋喆亦指出，過去半導體業者對於錫膏的重視度較低。但近年來，一線晶片業者開始指定錫膏，因為雖然它的BOM成本低，但技術門檻卻很高，而且會直接影響最後的良率。舉例來說，像智慧手錶這類以SiP模組方式製造的高密度組裝產品，任何焊點的缺陷，都會導致整個產品的報廢，而且無法維修。我們可以看到，隨著製程微縮，不僅晶片尺寸縮小，現在搭配的被動元件也越來越小。因此，對於細粒焊錫粉的需求，未來必定會有強勁的成長。

賀利氏已於2017年發表WS5112 6號錫膏，今年則是正式推出7號產品。由於看好未來晶圓級封裝以及扇出(Fan-Out)封裝市場的成長，雖然目前8號粉(8~2um)尚未有明確規範，但已在量產中，更已邁向9號粉(1~4um)的研發。不過，目前8/9號粉的助焊劑還在評估中，因為可能會朝免洗方向發展。

賀利氏專屬的Welco粉末技術是使該公司在細粒焊錫粉領域有快速進展的重要功臣。目前賀利氏主要有兩種粉末技術，一種是超音波震盪(Ultrasonic)，用來生產直徑較大的粉粒，並以篩選的方式生產出不同粉號的焊錫粉。但此技術對於生產細粒焊錫粉的生產力不佳，而且粉末表面會有破損，增加氧化率。

為了提升5號以上粉的良率與品質，賀利氏開發了無須篩選的Welco技術，透過在流體中旋轉成形的特殊設計，能夠確保粉粒形狀維持正圓，而且品質一致。目前此技術用來生產5~8號的焊錫粉。

陳麗珊表示，採用Welco技術的焊粉，能實現非常低的空洞率，這對所有的細間距封裝是非常重要的特性。此外，即使是採用7號粉，WS5112也能確保鋼板印刷的使用時間(staging life)可以達到8小時，有助於提升生產力。

總和以上特性，WS5112 7號焊錫膏確實為SiP封裝帶來了全新的效益。目前其6號產品已經獲得客戶採用大量生產中，此外，領先的封測業者也都正在評估其最新的7號產品。除了封裝之外，賀利氏下一波的目標將鎖定台灣實力堅強的EMS(電子製造服務)產業，因應各類產品的微型化發展，這些業者也將逐步移轉至高密度SiP模組生產，而傳統的焊錫膏將無法滿足EMS未來3~5年的需求，這可望為賀利氏的創新產品帶來更大的商機。(DIGITIMES劉中興整理報導)