5G通信具有高頻率、寬帶化、高功率密度的技術(shù)特點(diǎn)，其對射頻前端器件的需求也大幅度增加。同時，為了控制組裝后器件的體積，因此射頻前端模組化是必然。射頻前端模組將功率放大器（PA）、濾波器（SAW、TF-SAW BAW 等）、天線、開關(guān)（Switch）和低噪聲放大器（LNA）、無源器件等集成在一個模組里。因?yàn)镻A、天線、開關(guān)、LNA已經(jīng)較為成熟并實(shí)現(xiàn)了國產(chǎn)化，而濾波器技術(shù)長期被國外的企業(yè)控制從而成為5G射頻模組的技術(shù)瓶頸。近年來，國產(chǎn)濾波器逐漸被各大主機(jī)廠認(rèn)證，使得國產(chǎn)的射頻前端模組成為可能。對于封測廠來說這即是機(jī)會又是全新的挑戰(zhàn)。

在傳統(tǒng)的射頻模組的封裝制程中，元器件的貼裝采用了SMT的技術(shù)，主要的工藝步驟如圖1（示意圖省略了SPI 、AOI工序）

圖1：傳統(tǒng)的工藝步驟

如圖1所示工藝流程，首先使用第一臺印刷機(jī)印刷助焊劑在倒裝芯片的位置上，然后再使用第二臺印刷機(jī)印刷錫膏在無源器件的位置上，但是，需要使用階梯鋼網(wǎng)將已印刷助焊劑的位置規(guī)避掉，以防止第二次印刷對助焊劑的影響。所以這樣的制程中需要兩臺印刷機(jī)、兩張鋼網(wǎng)、兩種材料（助焊劑和錫膏）。

因?yàn)楫a(chǎn)品設(shè)計(jì)要求在更小的封裝尺寸上實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的更強(qiáng)大模組功能，那么必須要在模組內(nèi)部進(jìn)行高密度的貼裝。但這給SMT工藝帶來了前所未有的的挑戰(zhàn)，如表1所示。

	挑戰(zhàn)與問題	問題分析
產(chǎn)品設(shè)計(jì)帶來的挑戰(zhàn)	更小的被動元器件尺寸	小至008004
	更小的芯片與芯片間距	突破現(xiàn)有的設(shè)計(jì)上限
	更小的bump 間距	在cu-pillar 的間隙窄至130-150um 甚至更窄
制程和材料的挑戰(zhàn)	SPI 對印刷的flux識別能力	顏色較輕，設(shè)備無法識別
	Bump焊點(diǎn)開路（None-Wet-Open）	Bump共面度、基板變形、flux 不足

表1：模組封裝中面臨的挑戰(zhàn)

為了應(yīng)對上述挑戰(zhàn)，賀利氏開發(fā)了一次性印刷（All-in-one printing）工藝，如圖2所示。

圖2：一次性印刷的工藝流程

從圖2可以看出，該工藝省去了傳統(tǒng)工藝的助焊劑印刷，采用一次性錫膏印刷以應(yīng)對所有類型的器件，可以大幅節(jié)約設(shè)備投資和制程時間。同時，由于SPI對錫膏有更好的辨識度，采用新工藝還可以規(guī)避SPI無法識別助焊劑的問題。但該工藝需要能夠應(yīng)對下面具體挑戰(zhàn)：

?  008004對應(yīng)的鋼網(wǎng)開窗尺寸在90-100um甚至更小，新工藝是否能保證錫膏印刷的一致性？

?  某些FC 芯片的銅柱之間的間距窄至130-150um，新工藝是否可以控制錫量的穩(wěn)定性以防止連錫？對此我們設(shè)計(jì)了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證：

1.鋼網(wǎng)：超薄的電鑄鋼網(wǎng)

2.錫膏：兩種7號粉錫膏WS5112 T7和 AP520 T7

具體如表2所示。

表2：印刷參數(shù)與鋼網(wǎng)設(shè)計(jì)

印刷結(jié)果通過SPI 的檢測呈現(xiàn)（Koh Young Meister S 5um 分辨率.）如圖3所示

圖3：SPI 檢測結(jié)果

從圖3可以看出，在50um的開孔尺寸以上，印刷錫膏的高度具有非常高的一致性，方孔與圓孔錫膏釋放高度也比較接近;當(dāng)孔徑為50um時，錫膏釋放高度明顯下降。

印刷后的實(shí)物檢查及缺陷統(tǒng)計(jì)，如圖4 ，圖5，表3所示。

圖4：方形開孔的印刷實(shí)物

圖5：圓形開孔的印刷實(shí)物

表3：印刷結(jié)果的統(tǒng)計(jì)

（備注：LS =line space 即鋼網(wǎng)開孔的間隙，SO=stencil opening 鋼網(wǎng)開孔）

從表3可以看出，AP520 T7具有更大的工藝窗口，能夠支持的最小孔徑尺寸（SO）達(dá)55um，而WS5112 T7從60um孔徑及以下開始出現(xiàn)錫膏量不足的問題。

綜上，7號粉錫膏的可印刷性良好，能夠滿足超細(xì)間距的要求。

Bump 焊點(diǎn)開路（Non-wet-open）：通常Bump共面度、基板變形、flux 活性不足是造成bump焊點(diǎn)開路的部分原因。當(dāng)出現(xiàn)以上情況時，印刷一定厚度錫膏在基板的焊盤上，錫膏能夠保持印刷的形狀以填補(bǔ)因?yàn)閎ump 共面度差異大或者基板的翹曲導(dǎo)致bump與焊盤之間較大的間隙，從而避免回流焊后bump焊點(diǎn)開路。Flux不含有金屬成分且印刷后具有較好的流動性保持印刷后的形狀比較困難，所以flux不具備這樣的作用。為改善該問題客戶使用了WS5112 T7錫膏做了驗(yàn)證。

客戶端的案例分享Test Vehicle: SiP 封裝包含3個Flip-chip 和18個01005被動器件。 4個測試組別，每組80個焊點(diǎn)，總計(jì)320個測試點(diǎn)。

?  FC 鋼網(wǎng)開孔最大的是125x720um,

?  最小的開孔是70um，

?  最小的開孔間隙（相鄰開孔邊緣到邊緣）40um

?  電鑄鋼網(wǎng)的厚度30um

?  錫膏是賀利氏WS5115 T7 以及競品A 和B。

測試結(jié)果如表4所示：

CTQ	A	B	Heraeus WS5112
連錫良率	55.30%	45%	99.10%
(Defect %)	(143/320,44.7%)	(176/320,55%)	(3/320,0.9%)
空洞良率	0%	94.10%	100%
(max 9% area)	(320/320)	(19/320)	(0/320)
平均空洞面積	22.50%	8.40%	~0%

表4：測試結(jié)果對比

如表4測試結(jié)果顯示：競品A和B的連錫不良率高達(dá)44.7%和55%，而WS5112只有0.9%。空洞良率表現(xiàn)A是0，B是94.1%，WS5112是100%（如圖6 X-RAY照片）。在這個測試中最嚴(yán)苛的是40um的開孔間隙，已超出我們推薦的下限（最小開孔70um，開孔間隙50um），WS5112和競品A和B相比是有非常顯著的優(yōu)勢的。

在前文展示的印刷測試的結(jié)果，當(dāng)最小開孔是70um，最小間隙是 50um的時候不論是方形的開孔還是圓形的開孔均沒有出現(xiàn)連錫的問題。結(jié)合此次測試的結(jié)果，我們可知WS5112能夠支持的最小開孔間隙是50um。同時，Non-wet-open的不良率減少了600倍 （ppm level），實(shí)際切片圖如圖6所示。

圖6：空洞表現(xiàn)

一次性印刷方案能夠帶來很多益處：

1.工藝步驟更少：超細(xì)粉錫膏搭配超薄鋼網(wǎng)，提高在更細(xì)間距上的可印刷性，可以替代助焊劑的應(yīng)用。

2.成本更低：消除了助焊劑，額外的鋼網(wǎng)、印刷設(shè)備

3.減少不良率：減少因基板翹曲和錫球共面度差異大引起的開路問題

一次性印刷是已經(jīng)在國內(nèi)外大廠批量生產(chǎn)的成熟工藝方案，賀利氏能夠提供匹配的材料和專業(yè)的服務(wù)。

WS5112	AP520
Welco™ Type 7	Welco™ Type 7
SAC305	SAC305
DI 水加表面活性劑清洗	DI 水清洗
應(yīng)用目標(biāo)120um pitch及以上	應(yīng)用目標(biāo)90um pitch及以上
低空洞率	低空洞率
無飛濺無錫珠	無飛濺無錫珠
8小時的印刷壽命	12小時的印刷壽命
有效期3個月	有效期4個月

表5：WS5112和AP520信息對照表

兩款錫膏的基本信息如上表5，如有需要求和疑問請聯(lián)系賀利氏電子。