覆晶封装Flip Chip Package于无铅化之蜕变

　　覆晶载板的制造

1. 覆晶载板FC Carrier是一种HDI增层(Build up)式多层板。其中Core板为高Tg(220℃)刚性强与超薄铜皮(5μm)的特殊板材。而增层者则一律为ABF／GX-13的干膜式板材，增层的各种铜导体则为SAP半加成法线路，目前可量产的线宽线距为15μm/15μm。

1. 1.1.2半加成SAP法(Semi-Additive Process)是利用大运味之素(Ajinomotor)之白色干膜式薄卷材为增层的介质(Dielectrics)材料，再利用化学钯与化学铜做为电镀铜增厚的基地，并按现行减成法制做细线与重复互连工程而成为覆晶载板。
   

　　1.1.3半加成法是利用正统PTH流程之化学钯与化学铜做为导电基地，而进一步在光阻定义下以电镀铜增厚完成二次铜的线路，去光阻与差别性蚀刻(Differential Etching)后即可取得互连的细线与盲孔，但咬不掉的贵金属残钯层却成为绝缘不良的隐忧。

　　1.1.4目前常用白色的ABF／GX-13中含SiO2球形填充料Fillers已较多，约30％w/w，厚度40μm，宽度502㎜，每卷总长100m单价达NT四万元，排版510*600 mm者每片NT 250元。压合熟化后Tg达170℃。经Desmear将盲孔壁与全增面先行粗化，之后浸镀上化学钯与铜的金属化后，即可代替传统铜箔用途而称为SAP法，但同时也留下残钯的隐忧。

　　1.1.5覆晶载板经绿漆完工后还需进行表面处理的可焊工程，也就是需在载板正面中央区绿漆开口(SRO)的凸块(Bump)铜质承垫上，以及正面外围被动原件的贴焊与反面的植球垫上同时加镀化学锡。之后在凸块垫上加印63/37的Low Alpha Eutectic锡膏并回焊与压平成为FC的Presolder，其他两化锡区则另外加印SAC 305的无铅锡膏与回焊，也都成为预焊料。

　　1.2覆晶载板的封装

　　1.2.1正统FC封装是以C4方式(Controlled Collapse Chip Connection)作为晶片UBM与载板上已有中铅预銲料(Presolder，Entectic 63/37)之承垫间，另以高铅凸块Bump(95％pb+5％Sn)为互连体进行三者的熔融互连(Inteconnection)。

　　1.2.2正统C4高铅Bump的好处很多：

　　(1)熔点高达320℃不受后段高温制程影响

　　(2)非常柔软，可降低外力的冲击

　　(3)采助焊膏先黏着于预銲料上，后于230℃氮气回焊中不致发生空洞Void。但在环保压力也尽量在找无铅替代品，不过都存在着问题。

　　1.2.3高铅式凸块封装的业者们为了RoHS的禁铅与企业形象起见，寻找高铅(95/5或90/10)以外的替代品。已量产者多采63/37 Eutectic式中铅凸块为过渡性材料。

　　此种中铅銲料之柔软度尚好，但却因组成与预銲料完全相同，致使助焊膏裂解的气体将大幅渗入凸块而形成空洞，且后续Bump间也容易出现熔锡短路的麻烦。

　　1.2.4无铅凸块封装的试行量产

　　某些品牌的日商为了形象起见，乃率先采用无铅预銲料及无铅凸块进行FC封装。须知SAC 305不但m.p.比63/37者高了34℃，而且弹性模量也多出25％(SAC 305为51GPa，63/37为40.2GPa)。由于305柔软性欠佳以及载板很薄刚性不足下，经覆晶、植球、以及PCBA等多次回焊强热中，难免造成角Bump或角Ball从僵硬銲料之IMC处被拉裂。此种必然性的失效或脆弱对可靠度将造成隐忧。

　　2.电路板整体性进展

　　逐层互连(ELIC)式HDI多层板类的兴起

　　现行镭射烧孔(Ablation)每秒钟可达1,000孔，在成本大幅下降又加上镀铜填孔技术快速进步下，商品板500x600 mm的双面百万盲孔者(载板有时可达单面百万盲孔)，均可轻松解决。使得容易设计的ELIC式增层板也大为流行。

　　2.1.2由于ELIC是经过多次压合，多次成像，多次填铜；且又是高精密度大排版的量产工程，因而不但设备昂贵、流程漫长、工序严谨、导致变量极多。其制程管理与失效改善均亟需学理深入及经验丰富的高手进行解困，盲孔脱垫即为一例。

　　2.1.3由于ELIC是多次重覆增层之精密制程，一旦稍有闪失，出货到客户端多次锡膏回焊中，难免会出现盲孔铜壁与底铜垫之间的界面分离。这种失效只要超过200 DPPM(以单片货板为统计单位)将立即成为严重客诉的案例。

　　2.2 HDI商品板的困难化

　　2.2.1以水果公司为代表的第四代手机板(HDI式10层之薄小板，厚度1㎜)，其SMT组装不但引入POP技术（下图左上）而且被动元件更已小到了01005(10㏕长，5㏕宽，见下图右上)，对PCB与PCBA均造成了另一次严酷的挑战。因为所贴焊的电容器太小，锡膏回焊中很容易发生立碑(Tomb Stoning)现象。

2.2.2 再从01005立碑处銲点之观察，可见到右封头之ENIG承垫几乎完全未出现Ni3Sn4小草般的IMC，証明焊接之初即已被左端较大的沾锡力量(Wetting Force)所拉起来了。

　　2.2.3立碑的原因约可分为：两端头所受热量不均，绿漆过厚形成翘翘板效应，板材太软刚性不足，锡膏面上贴件时一端若踩歪，其回焊中将容易翘起而立碑。

　　2.3高可靠度级板类的兴起

　　2.3.1板体厚大布局面单的汽车板，但却被要求ClassШ(IPC-6012C/2010.4)高可靠度High Reliability的品级，当然其单价之高出也远超过小孔细线的商品板类。其中AirBag，ABS等与安全有关的多层板类，其进入门槛更是高不可攀。

　　注意其等互连度毫无钉头Nail-Head与1mil以内渗铜wickin的高规格品质

　　2.3.2例如布局简单叠构容易线路宽松的四层板，其内层两个铜面的厚度居然到达400um(16mil or 12oz)之罕见实例，成为PCB制程的一大挑战。

　　2.3.3 ClassШ的高级板，若与一般ClassⅡ工业级等数量庞大单价不高的资通板类相比较时，其质量之落差简直就是霄壤云泥。后者只要堪用根本谈不到可靠度。

　　至于一般小厂或代工厂所生产之ClassⅠ消费级板类，在恶性竞争单价太低下，其板材与制程品质也就无法提升了。

　　在价格压力与无铅化无卤化的技术剧变下，欧美寡占的CCL与PCB已逐渐转向亚洲采购。系统厚大板类(High Layer Count)，其Low Dk/Low Df与Low Insertion Loss等需求已成为更上层楼的机会