生产厂家详解焊膏成关键！SiP封装实现无源与倒装共印

在SiP（系统级封装）中，焊膏作为实现无源器件与倒装芯片共面集成的核心材料，其性能直接决定了封装密度、电气可靠性和量产良率。

从技术挑战、材料创新、工艺优化三个维度解析焊膏如何突破共印瓶颈：

技术挑战：共印场景下的多维度约束

 1. 元件特性差异

倒装芯片的焊球间距通常为50-100μm（如BGA），需超细焊膏（如T6/T7号粉，粒径10-25μm）实现精确填充；而无源元件（如0201电容）的焊盘面积较大，要求焊膏具备高触变性以防止坍塌。

传统单一粒径焊膏难以兼顾两者需求，需通过混合颗粒设计平衡流动性与抗塌陷性。

2. 热管理矛盾

倒装芯片焊接需峰值温度240-260℃（如SnAgCu合金），而部分无源元件（如陶瓷电容）耐温上限仅220℃。

贺力斯520焊膏通过优化助焊剂活化温度（210℃起始活化），将回流时间压缩至60秒内，在满足倒装焊接的同时保护热敏元件。

3. 润湿性匹配

倒装芯片焊盘与无源元件的SnPb镀层对焊膏润湿性要求差异显著。

通过调整助焊剂极性（ORH0类型），在空气/氮气混合气氛下实现两种表面的均匀铺展，空洞率<5%。

 材料创新：突破传统焊膏的性能边界

 1. 复合颗粒设计

江南大学研发的球-片混合铜焊膏（0.2μm球状+2.5μm片状）通过计算机模拟优化颗粒堆叠，在250℃无压烧结15分钟后剪切强度达42.5MPa，电阻率低至12.13μΩ·cm。

这种设计利用片状颗粒形成支撑骨架，球状颗粒填充间隙，同时提升烧结驱动力和抗热应力能力。

2. 智能助焊剂系统

触变剂：氢化蓖麻油与硅胶复配使用，在180-220Pa·s黏度区间内实现“剪切稀化-快速恢复”特性，确保印刷时脱模顺畅，静置时抗塌陷。

活化剂：采用有机胺（如三乙醇胺）与卤化物（如氯化铵）协同作用，在150-180℃预热阶段高效去除Cu/Ni表面氧化物，同时抑制高温下的过度腐蚀。

3. 环保工艺适配

推出的水溶性焊膏（如VP-600系列）通过无卤素配方设计，在满足IPC J-STD-004A标准的同时，焊后残留离子浓度<1.5μg/cm²，可直接通过AOI检测，无需额外清洗工序。

 工艺优化：实现共印一致性的关键路径

 1. 钢网印刷参数精细化

开口设计：倒装芯片区域采用激光切割的梯形开口（宽深比1.5:1），无源元件区域使用电铸成型的矩形开口，通过HomePlate五边形设计减少锡珠。

刮刀压力：倒装区域采用5-8N/cm线性压力，无源区域增至8-12N/cm，确保超细间距下的填充率>95%。

2. 回流焊曲线动态控制

预热区：以2.5℃/s速率升至150℃，激活助焊剂并挥发溶剂，避免水分残留导致飞溅。

回流区：峰值温度245±5℃，保持60-90秒，确保倒装芯片焊球完全熔融，同时无源元件焊盘润湿良好。

冷却区：降温速率控制在3-4℃/s，减少焊点内部应力，防止Sn须生长。

3. 缺陷预防与检测

空洞抑制：采用氮气保护（氧含量<50ppm）和脉冲式预热，使焊膏中的挥发性有机物（VOC）分步释放，将倒装焊点空洞率控制在10%以下。

在线监测：集成SPI（焊膏检测）与AOI（外观检测），实时反馈印刷偏移（±15μm）和焊料量偏差（±10%），通过AI算法动态调整刮刀参数。

 产业实践：从实验室到量产的跨越

 1. 头部厂商技术布局

贺力斯：520焊膏已用于5G基站射频模块，实现0.4mm间距BGA与01005电容的共印，良率>99.5%。

长电科技：采用大为锡膏的双面塑封SiP工艺，在1.2mm厚度内集成6颗倒装芯片和28个无源元件，通过-40℃至125℃温循测试（1000次）无失效。

2. 国产替代进展

研发的高可靠性焊膏通过认证，在新能源汽车电池管理系统（BMS）中实现倒装芯片与功率电感的共印，焊点剪切强度>40MPa，成本较进口产品降低30%。

 未来趋势：材料与工艺的协同进化

 1. 纳米化与功能化

纳米银焊膏（粒径<50nm）在150℃即可烧结，适用于柔性基板上的高频元件互连，热导率较传统焊膏提升2倍。

2. 数字化工艺闭环

设备厂商开发的“焊膏-印刷-回流”数字孪生系统，通过实时采集温湿度、刮刀压力等20+参数，预测焊点可靠性并优化工艺参数，使SiP量产良率提升至99.8%。

3. 可持续发展

贺力斯推出锡焊膏（100%回收锡）在性能等同原生材料的前提下，碳足迹降低80%，已用于消费电子SiP模块，符合欧盟RoHS 3.0标准。

焊膏在SiP共印中的关键作用体现在“材料-工艺-设备”的三维协同：通过复合颗粒设计突破传统焊膏的性能极限，借助智能化工艺参数实现多元件兼容，最终依托数字化检测闭环确保量产一致性。

随着材料科学与制造技

术的深度融合，焊膏将持续推动SiP向更高集成度、更低成本方向演进，成为异构集成时代的核心基石。