从焊料工程师视角揭秘先进封装里凸点制作那些事儿​

 

       在先进封装车间里，业内常把凸点比作芯片间的“微型桥梁”——直径小到20微米（比头发丝还细），却要扛起每秒数十亿次的信号传输重任。作为焊料厂家的研发工程师，今天就用“车间白话”聊聊先进封装凸点制作的材料选择、工艺门道和避坑指南。​

 

一、给“桥梁”选建材：凸点焊料怎么挑？​

       就像盖桥要选钢筋还是钢索，凸点焊料也得按“承载需求”定材料。

 

1. 锡基焊料：性价比之王，90% 场景都用它​

       SAC 系列（锡银铜）：我们车间最常用的“万金油”。比如 SAC305（含3% 银、0.5%铜）熔点217℃，焊点剪切强度能到45MPa，汽车芯片、手机处理器都爱用。但要注意，银含量越高成本越贵，普通消费电子用SAC105（1%银）就够了。​

       SnBi低温焊料（锡铋）：熔点只有138℃，适合3D堆叠时“低温焊接”——比如已经焊好一层芯片，再叠第二层时用它，不会把下层焊点烤化。缺点是有点脆，摔一下容易裂，所以穿戴设备里会搭配柔性基板用。​

 

2. 铜基凸点：高频高速场景的“硬核选择”​

       纯铜柱加锡帽的组合，就像“钢筋混凝土桥”。铜的导电性比锡好5倍，熔点高达1083℃，在5G基站芯片、GPU这类高频（>10GHz）设备里，信号传输损耗能降30%。但铜容易氧化，我们会在表面镀一层镍金“防护衣”，过85℃/85% RH 测试1000小时都不生锈。​

 

3. 特殊场景的“贵价材料”​

       金锡合金：熔点280℃，抗氧化能力极强，航天、军工芯片用得多。但金价摆在那儿，一颗芯片光凸点材料成本就比锡基贵10倍，一般场景真用不起。​

       金属间化合物：比如铜锡反应生成的Cu₃Sn，熔点676℃，焊点强度是锡基的2倍。现在我们在Chiplet封装里试产，缺点是焊接时得精确控制温度和压力，差 3℃就可能“焊不牢”。​

 

二、“桥梁”质量过关的硬指标：这些参数必须盯死​

       做了封装焊接材料，我总结出凸点合格的“三板斧”。

 

1. 电气性能：信号不能“堵车”​

       电阻得小：铜基凸点电阻<5mΩ，锡基< 10mΩ，不然高频信号跑着跑着就 “减速” 了。​

       接触要稳：焊盘和凸点的接触面积得占95%以上，空洞（气泡）不能超 5%——就像桥基不能有空洞，不然容易塌。​

 

2. 机械强度：抗造才是王道​

      剪切力测试：拿探针推凸点，至少要30MPa才合格（相当于指甲盖大小的面积能承受3公斤力）。我们车间用SAC305做的凸点，经常能到45MPa。​

      耐疲劳：-40℃到125℃反复冷热冲击1000次，焊点不能裂。汽车芯片要求更严，得扛2000次，这时候铜柱凸点的优势就显出来了。​

 

3. 工艺适配性：机器“好干活”才量产快​

       锡膏印刷时，触变性要刚好：太稀了会“塌边”（像摊烂的煎饼），太稠了印不饱满。我们调试了上百次配方，把触变指数定在3.5，印刷0.1mm间距的凸点也不桥连。​

       焊料熔化后得“听话”：润湿性要好，能均匀铺满焊盘（铺展面积≥80%）。秘诀是助焊剂，低卤素配方（<500ppm）既能除氧化，又不会腐蚀芯片。​

 

三、凸点制作的3种工艺，各有各的“坑”​

 

1. 电镀工艺：精度高但“娇气”​

       适合做细间距（<50μm）凸点，比如手机芯片的0.3mm pitch。流程是先在焊盘上盖层光刻胶，刻出凸点形状，再用电镀把焊料“填”进去。​

       避坑点：电镀液里的杂质不能超过0.001%，上次车间不小心混进一点铁，结果做出来的铜柱脆得像饼干，一掰就断。​

       设备要求：电镀机的电流得稳，波动超过1%，凸点就会长歪（垂直度偏差 > 2°），后续焊接准桥连。

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2. 印刷 - 回流工艺：量产快但细节多​

       把锡膏用钢网印到焊盘上，过回流炉一烤就成凸点，适合消费电子量产。​

       钢网是关键：电铸钢网的开孔内壁要光滑（Ra<0.1μm），不然锡膏粘在上面，印出来的凸点就缺个角。我们试过激光切割钢网，效果差远了，还是电铸的靠谱。​

       回流曲线别乱设：SAC305得加热到 240℃（熔点 + 20℃），但升温不能太快（≤3℃/秒），不然助焊剂挥发太猛，焊点会冒泡。氮气氛围里焊（氧含量 < 50ppm），焊点亮得像镜面，润湿性直接提升30%。​

 

3. 固态焊接：新方向但门槛高​

       不用把焊料熔化成液态，靠金属扩散形成焊点。我们在3D堆叠里试这个工艺：​

       温度控制要“抠”：铜锡反应最佳温度260℃，高3℃就会生成脆化相，低3℃又焊不牢。​

       压力得均匀：整个晶圆上的压力差不能超过5%，不然有的地方焊紧了，有的地方还是松的。​

 

       凸点虽小，却是先进封装的“咽喉要道”。选材料时别盲目追高端，手机芯片用 SAC305 就够了；做工艺时多盯细节——钢网精度差2μm、回流温度差5℃，良率可能就掉20%。我们焊料厂家天天跟这些“小家伙” 打交道，最明白：靠谱的凸点，都是材料、设备、工艺磨出来的。