系统级封装（sip）在smt 回焊制程孔洞缺陷之研究 - kuasedutw.pdfVIP

工程科技與教育學刊 第九卷 第三期 民國一○一年九月 第 312 ～321 頁 系統級封裝（SIP ）在 SMT 迴銲製程孔洞缺陷之研究 邱建勳、何宗漢、劉旭唐、林書羽、林益生 國立高雄應用科技大學 化學工程與材料工程系 E-mail: thho@cc.kuas.edu.tw 摘 要 近年來，由於環保意識抬頭，在 2003 年 2 月，歐盟所通過的危害性物質限制指令（Restriction of Hazardous Substances Directive ，縮寫RoHS ）定於 2006 年 7 月 1 日生效，其主要是規範所有銷往歐盟之電子產品均不 得含有重金屬鉛之材料。因此，傳統生產過程中所有使用鉛的材料，將被現在的無鉛技術-錫、銀和銅的合 成物所取代。在業界，錫球接點常用之無鉛銲錫材料為錫-銀-銅合金系列（SAC family ），由於其高熔點之 特性，在迴銲製程中（Reflow Process ），容易因為較高的溫度，讓無鉛銲錫材料體積快速收縮再加上助銲劑 的揮發，使得空氣來不及逸出而產生孔洞（Void ）缺陷。進而造成在可靠度測試時，因極小的應力引起產 品失效。本研究係針對 SiP （System in Package ）產品在 SMT （Surface Mount Technology ）迴銲製程後所產 生的孔洞缺陷之原因做探討。研究結果顯示在材料方面，若錫膏採用組成顆粒較小的 type4 ，以及鋼板開法 為內縮至 90% ，可有效降低孔洞缺陷比例。 關鍵詞：孔洞缺陷、迴銲製程、系統級封裝（SiP ） 1. 前 言 由於半導體技術不斷蓬勃發展，隨著產品功能的日趨複雜，產品需要愈來愈多的 I/O 數，更快的處理 速度，更大的記憶容量，因此，越來越多的產品不再像早期以單一晶片（single chip ）為主，現在更強調多 晶片的組合、連接，進而使得 IC 構裝的角色愈來愈重要。藉由高密度構裝技術，讓 IC 產品可以在更小的 空間內，納入更多的晶片，配置更多的傳遞訊號，從早期的引腳（pin-hole ），一直演進到目前必威体育精装版的晶圓 穿孔（TSV ）與晶片堆疊（Stack ）技術發展，其中有一個相當重要的封裝技術，就是系統級封裝（System in Package, SiP ）1 。 系統級封裝技術（SiP ）指的是將不同晶片或其他電子元件，整合於一個封裝模組內，用以執行某種系 統層級的功能，具有高效能與低成本的優勢，此外系統級封裝產生的 EMI 很小，使得 SiP 成為業者目前最 常使用的技術主因。近幾年來，SiP 封裝已廣泛的被應用於消費性產品上，且有越來越多的趨勢。近年來， 由於環保意識抬頭，各種電子產品，都要求須從有鉛材料轉換成無鉛材料。其中亦包含作為電子訊號傳遞 的銲錫材料。然而，當銲錫材料從有鉛材料轉換成無鉛材料，因其高熔點的特性，容易在進行迴銲製程 （Reflow process ）時，產生孔洞（Void ）缺點，進而在可靠度測試時造成產品失效。 在 Leila2 的研究中，探討了孔洞與迴銲後錫球高度的交互作用，同時也利用有限元素法針對孔洞對產品 延展性與可靠度進行探討。在 Weicheng3 的研究中，探討了利用真空烤箱來進行迴銲以得到無孔洞產品的可 能性，並指出利用壓力差可以將錫球內的氣泡趕出而減少孔洞發生機率。 此外，在 Qiang4 的論文中，則是利用 Miner’s rule 與 Manson-Coffin’s law 進行錫球的疲勞壽命討論，並 利用有限元素分析針對不同的孔洞尺寸大小進行探討，同時也指出孔洞位置對產品疲勞壽命的影響。當孔 洞在晶片與基板兩側皆有時，其壽命會比孔洞只出現在晶片端來得好。 Victor5 則是針對 PQFN 的產品孔洞進行探討，針對孔洞所發生的不同位置，探討其對產品的應力變化。 ©2007 National Kaohsiung University of Applied Sciences, IS