锡膏微凸点几何形状
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锡膏微凸点几何形状
随着封装工艺的发展，为了满足更高的封装要求，越来越多厂家开始使用BGA工艺。BGA工艺能够通过将锡膏印刷在焊盘上，从而回流后形成微凸点。随后可将元件与凸点进行焊接。印刷锡膏的工艺需要得到精密的控制，因为凸点的几何结构对焊点的可靠性有很大的影响。表面张力，锡膏焊盘接触角和密度通常是影响焊料凸点几何形状的材料特征的关键因素。因此，为了应对半导体技术中的微架构设计，需要更好地了解焊料凸点的几何形状。
凸点结构可以用来应对各种尺寸的封装要求，锡膏凸点的表面张力，焊料焊盘接触角和密度决定了可达到的最小凸点表面积。Yusof et al. (2022) 使用不同种类锡膏进行凸点制作并观察几何结构(图1)。由图2可知，目前主流凸点工艺中，标准倒装凸点尺寸最大，而细间距铜柱凸点最小。
图1. 锡膏材料的密度和表面张力参数(Yusof et al., 2022)。
图2. 不同凸点形式的标准和要求 (Yusof et al., 2022)。
根据Yusof et al.的模拟结果，锡膏凸点平均最大宽度和平均高度与Surface Evolver软件预测的结构的百分比差异随锡膏量下降而上升。由于细间距铜柱凸点的尺寸最小，得到的最大宽度和高度间的差异最大。此外，由于实现静态平衡力所需的总能量随着体积的减小而增加，因此难以用较小的凸块尺寸实现稳定性。从标准倒装芯片到最小的细间距铜柱，达到平衡所需的单位初始面积的总能量减少增加了数百倍。
图3. 使用Surface Evolver模拟不同锡膏制成的凸点几何结构尺寸 (Yusof et al., 2022)。
表面张力越大，锡膏和焊盘接触角就会越大，因此凸点的高度会增加。并且大张力会缩小宽表面积和宽度。密度的变化同样影响高度。密度增加会使得凸点高度变小，在回流过程中受到重力，大密度，大张力共同作用下，凸点高度宽度降低。
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参考文献
Ab Aziz bin Mohd Yusof, Mohd Al Fatihhi Mohd Szali Januddi, & Muhamad Noor Harun. (2022), “A study of micro-scale solder bump geometric shapes using minimizing energy approach for different solder materials, Ain Shams Engineering Journal”, vol.13(6).
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