【導讀】射頻前端（RFFE，Radio Frequency Front-End）模組國內外手機終端中廣泛應用。它將功率放大器（PA
，Power Amplifier）、開關（Switch）、低噪聲放大器LNA（Low Noise Amplifier）、濾波器（Filter）、無(wu)源(yuan)器(qi)件(jian)等(deng)集(ji)成(cheng)為(wei)一(yi)個(ge)模(mo)組(zu)，從(cong)而(er)提(ti)高(gao)性(xing)能(neng)，並(bing)減(jian)小(xiao)封(feng)裝(zhuang)體(ti)積(ji)。然(ran)而(er)，受(shou)限(xian)於(yu)國(guo)外(wai)專(zhuan)利(li)以(yi)及(ji)設(she)計(ji)水(shui)平(ping)等(deng)因(yin)素(su)，國(guo)產(chan)濾(lv)波(bo)器(qi)的(de)份(fen)額(e)相(xiang)當(dang)低(di)。

射頻前端（RFFE
，Radio Frequency Front-End）模組國內外手機終端中廣泛應用。它將功率放大器（PA
，Power Amplifier）、開關（Switch）、低噪聲放大器LNA（Low Noise Amplifier）
、濾波器（Filter）、無(wu)源(yuan)器(qi)件(jian)等(deng)集(ji)成(cheng)為(wei)一(yi)個(ge)模(mo)組(zu)，從(cong)而(er)提(ti)高(gao)性(xing)能(neng)，並(bing)減(jian)小(xiao)封(feng)裝(zhuang)體(ti)積(ji)。然(ran)而(er)，受(shou)限(xian)於(yu)國(guo)外(wai)專(zhuan)利(li)以(yi)及(ji)設(she)計(ji)水(shui)平(ping)等(deng)因(yin)素(su)，國(guo)產(chan)濾(lv)波(bo)器(qi)的(de)份(fen)額(e)相(xiang)當(dang)低(di)。在模塊集成化的趨勢下，國內射頻巨頭在布局和生產濾波器。聲學濾波器可分為聲表麵濾波器和體聲波濾波器
，其中聲表麵濾波器可根據適用的頻率細分為SAW
、TC-SAW和IHP-SAW。體聲波濾波器適用於較高的頻段
，可細分為BAW、FBAR
、XBAR等。無論是SAW（Surface Acoustic Wave filter）還是BAW（Bulk Acoustic Wave Filter），均是在晶圓級封測後以倒裝芯片的工藝貼裝在模組上。在晶圓級封裝工藝中，Bump製造是相當重要的一道工序
，因此本文將淺談濾波器晶圓級封裝（Wafer Level package）中Bump製造的關鍵點。

當前業內常見的幾種SAW filter Wafer Bumping工藝如下：

1.通過打線工藝在晶圓的UBM（Under Bump Metal）上植金球。

2.通過鋼網印刷工藝在UBM上印刷錫膏，再經過回流焊成球。

3.先在晶圓的UBM上印刷助焊劑，將錫球放到UBM上，再經過回流焊完成植球。

本文重點介紹第二種工藝。通過對印刷錫膏方案的剖析發現，在Bumping工藝中Bump的高度和共麵度（同一顆芯片上Bump高度最大值最小值之差，差值越低越好）是最重要的關鍵指標（如圖1.1、圖1.2）。下麵從鋼網的工藝和設計、錫膏的特性等方麵進行分析。

圖1.1 球高

圖1.2 共麵度

鋼網印刷

鋼gang網wang印yin刷shua的de目mu的de是shi使shi錫xi膏gao材cai料liao通tong過guo特te定ding的de圖tu案an孔kong沉chen積ji到dao正zheng確que的de位wei置zhi上shang。首shou先xian，將jiang錫xi膏gao放fang到dao鋼gang網wang上shang，再zai用yong刮gua刀dao使shi其qi通tong過guo鋼gang網wang開kai孔kong沉chen積ji到dao焊han盤pan上shang。鋼gang網wang與yu晶jing圓yuan之zhi間jian的de距ju離li（印刷間隙）、印刷角度、壓力
、suduhegaotideliubiantexingshiquebaoxigaoyinshuadeguanjiancanshu。yidangangwangkaikongbeigaotitianman，tuomohougaotiliuzaimeigehanpanshang，chenjizaihanpanshangdetijiqujueyugangwangdekongjuhekongbidezhiliang、焊盤的表麵特性和膏體的流變性能。

鋼網的加工工藝與開孔設計

鋼網孔壁質量

、尺寸一致性、定位精度和鋼網生產成本是鋼網生產工藝的選擇標準。考慮到帶有Bump的濾波器是以倒裝芯片的工藝應用在前端射頻模組裏，其特點是Bump的尺寸小（bump高度在50~100μm之間）
、間距小、對Bump高度的一致性要求高（共麵度在10μm以內）。為了滿足以上要求

，業內最常選用的是納米塗層鋼網和電鑄鋼網。

納米塗層鋼網的工藝是：在(zai)激(ji)光(guang)切(qie)割(ge)的(de)基(ji)礎(chu)上(shang)對(dui)鋼(gang)網(wang)進(jin)行(xing)清(qing)洗(xi)
，然(ran)後(hou)在(zai)鋼(gang)網(wang)內(nei)壁(bi)進(jin)行(xing)打(da)磨(mo)拋(pao)光(guang)以(yi)降(jiang)低(di)粗(cu)糙(cao)度(du)，最(zui)後(hou)塗(tu)覆(fu)納(na)米(mi)塗(tu)層(ceng)。納(na)米(mi)塗(tu)層(ceng)使(shi)接(jie)觸(chu)角(jiao)顯(xian)著(zhu)增(zeng)加(jia)
，從(cong)而(er)降(jiang)低(di)鋼(gang)網(wang)材(cai)料(liao)的(de)表(biao)麵(mian)能(neng)，有(you)利(li)於(yu)錫(xi)膏(gao)脫(tuo)模(mo)。

圖2.1 無納米塗層                                   圖2.2 納米塗層

Source: Laser Job

電鑄鋼網的製作方法是：先xian在zai導dao電dian基ji板ban上shang用yong光guang刻ke技ji術shu製zhi備bei模mo板ban
，然ran後hou在zai阻zu膠jiao膜mo周zhou圍wei進jin行xing直zhi流liu電dian鑄zhu，最zui後hou從cong光guang刻ke膠jiao孔kong上shang剝bo離li。電dian鑄zhu鋼gang網wang的de質zhi量liang和he印yin刷shua性xing能neng取qu決jue於yu光guang刻ke膠jiao的de靈ling敏min度du、所用光刻工具的類型
、導電基材的光學性能和電鑄工藝。電鑄鋼網的開孔內壁非常光滑（如圖3所示），其印刷脫模的表現也最好最穩定。

圖3 電鑄鋼網孔壁

Source: Bon Mark

小結
，納米塗層鋼網的印刷表現略遜於電鑄鋼網，其塗層在批量生產一段時間後可能會脫落，但是納米塗層鋼網的價格遠低於電鑄鋼網；電(dian)鑄(zhu)鋼(gang)網(wang)的(de)側(ce)壁(bi)非(fei)常(chang)光(guang)滑(hua)

，其(qi)印(yin)刷(shua)表(biao)現(xian)最(zui)好(hao)，是(shi)超(chao)細(xi)間(jian)距(ju)應(ying)用(yong)的(de)最(zui)佳(jia)選(xuan)擇(ze)
，但(dan)電(dian)鑄(zhu)鋼(gang)網(wang)的(de)價(jia)格(ge)相(xiang)當(dang)昂(ang)貴(gui)。鋼(gang)網(wang)的(de)選(xuan)擇(ze)取(qu)決(jue)於(yu)客(ke)戶(hu)對(dui)產(chan)品(pin)特(te)性(xing)和(he)成(cheng)本(ben)的(de)綜(zong)合(he)考(kao)量(liang)。

開孔麵積比

由於CTE不匹配會影響封裝的可靠性，符合高度要求的Bump在zai這zhe方fang麵mian會hui起qi到dao積ji極ji的de作zuo用yong。這zhe就jiu要yao求qiu鋼gang網wang印yin刷shua過guo程cheng可ke靠kao地di沉chen積ji穩wen定ding的de錫xi膏gao量liang
，以yi產chan生sheng堅jian固gu的de互hu連lian。錫xi膏gao從cong鋼gang網wang孔kong的de釋shi放fang是shi由you錫xi膏gao在zai鋼gang網wang孔kong側ce壁bi和he晶jing圓yuan焊han盤pan之zhi間jian的de相xiang互hu作zuo用yong決jue定ding的de。據ju文wen獻xian記ji載zai，為wei了le從cong鋼gang網wang印yin刷shua中zhong獲huo得de良liang好hao的de膏gao體ti釋shi放fang效xiao率lv，模mo板ban開kai孔kong麵mian積ji比bi [開孔麵積比=開口麵積/孔壁麵積] 應大於0.66。該(gai)比(bi)率(lv)限(xian)製(zhi)了(le)給(gei)定(ding)孔(kong)徑(jing)大(da)小(xiao)的(de)模(mo)板(ban)厚(hou)度(du)，並(bing)要(yao)求(qiu)使(shi)用(yong)更(geng)薄(bo)的(de)模(mo)板(ban)來(lai)印(yin)刷(shua)更(geng)細(xi)的(de)間(jian)距(ju)。隨(sui)著(zhe)鋼(gang)網(wang)製(zhi)作(zuo)工(gong)藝(yi)的(de)提(ti)升(sheng)，鋼(gang)網(wang)開(kai)孔(kong)的(de)麵(mian)積(ji)比(bi)可(ke)以(yi)適(shi)當(dang)降(jiang)低(di)
，如(ru)下(xia)圖(tu)4所示。

圖4 鋼網開孔規則

錫膏

錫膏是由焊粉和助焊劑均勻混合而成的膏體，其中錫球的形狀、顆粒大小、尺寸分布、氧yang化hua程cheng度du以yi及ji助zhu焊han劑ji載zai體ti的de流liu變bian性xing能neng和he配pei方fang體ti係xi
，都dou對dui錫xi膏gao的de印yin刷shua和he回hui流liu性xing能neng起qi著zhe重zhong要yao作zuo用yong。細xi間jian距ju印yin刷shua用yong的de焊han粉fen一yi直zhi是shi賀he利li氏shi電dian子zi的de優you勢shi，因yin為weiWelco® technology（一種在油介質中分散熔融合金的製造技術）利li用yong兩liang種zhong不bu同tong介jie質zhi的de表biao麵mian張zhang力li存cun在zai差cha異yi的de原yuan理li，用yong工gong藝yi配pei方fang控kong製zhi粉fen末mo尺chi寸cun範fan圍wei，摒bing棄qi了le傳chuan統tong的de網wang篩shai工gong序xu，避bi免mian了le粉fen末mo顆ke粒li因yin網wang篩shai而er導dao致zhi的de形xing變bian（表麵積變大）。再者，粉末在油介質中得到充分保護
，減少了粉末表麵的氧化。Welco®焊粉搭配賀利氏獨特的助焊劑配方體係，使印刷錫膏的轉化率能夠得到保證。

圖5 Welco 焊粉 SEM 圖片

當前市場上SAW/BAW濾波器的應用中常見的Bump高度為50-100μm，結合單個芯片的layout
，即相鄰bump的最小間距

，以及相鄰芯片的bump的最小間距，6號粉和7號粉錫膏是匹配的選擇。粒徑的定義是基於IPC的標準（如圖6），即6號粉有80%的焊粉粒徑分布在5-15μm的區間。

圖6 IPC粒徑規格

選擇合適粒徑的錫膏非常重要，助焊劑體係的選擇也是非常關鍵。因為一些SAW 的IDT 位置是裸露的，焊錫膏或助焊劑的飛濺都有可能影響IDT 的信號和聲波之間的轉換。對此
，賀利氏開發的AP5112和AP520係列產品在開發時均在飛濺方麵做了深入的研究，從而盡可能避免飛濺問題。Bump 中空洞的表現也是非常重要的質量指標，尤其是在模組中經過多次回流焊之後。

案例分享

應用：SAW filter

6 inch 鉭酸鋰晶圓（印刷測試以銅板代替鉭酸鋰晶圓）

Bump 高度=72±8μm
；共麵度<10μm

鋼網開孔尺寸：130*140*50μm

錫膏：AP5112 SAC305 T6

圖7 印刷後

印刷穩定性是影響bump高度一致性的關鍵因素。印刷窗口的定義通常受印刷設備的能力、鋼網的加工工藝、產品設計等因素的影響，通常通過實驗驗證獲得。如圖7所示，6號粉錫膏的連續印刷表現優異
，沒有發現連錫和大小點的問題。Bump的高度數據能夠更好地說明。

在回流焊過程中，已印刷在UBM區域的錫膏逐步熔化
，助焊劑流至焊錫四周，而焊料熔化後回流到UBM上並在界麵之間形成金屬間化合物（Intermetallic layer），冷卻後形成一定高度的Bump。Bump的平均高度非常靠近目標值，且標準差相對較小，如圖8、圖9所示。

圖8 Bump高度數據

圖9 Bump高度標準差

Bump 高度的指標非常關鍵，Bump中的空洞也至關重要。在SAW filter上麵的結果顯示

，賀利氏的6號粉和7號粉具有良好的表現
，如圖10所示。

圖10 Bump void 數據

晶圓級封裝最終會以芯片級應用到係統封裝

，即以倒裝芯片的工藝集成到模組裏。在此過程中會經曆多次回流焊工藝，那麼回流焊之後bump內部的空洞會發生怎樣的變化？對此，我們測試了3次回流焊之後bump內部空洞的變化
，結果如圖11所示。

圖11 多次回流焊後空洞變化的數據

賀利氏的6號和7號粉錫膏對應的Bump，在經過3次回流焊之後仍然能夠保持在比較好的水平。

總結

本文簡單闡述了晶圓級封裝的關鍵技術點。賀利氏Welco焊粉和獨有的助焊劑配方體係能夠匹配SAW、BAW 等濾波器的晶圓封裝需求。更深層次的技術細節，如Bump高度的設計和球高與錫膏量的關係，敬請期待下一篇文章。不論是晶圓級封裝還是先進封裝賀利氏都能提供成熟的解決方案。

(作者：賀利氏技術方案工程師孫家遠)

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