半导体后端工艺：探索不同材料在传统半导体封装中的作用（下）

焊锡：从锡到无铅合金，用于机械和电气连接

焊锡是一种熔点较低的金属，这种特性使其广泛用于各种结构的电气和机械连接。在半导体封装中，焊锡被用于连接封装和印刷电路板；在倒片封装中，焊锡被用于连接芯片和基板。在连接封装和印刷电路板时，通常采用锡球的形式，尺寸从30微米到760微米不等。如今，随着电气性能的不断提升，连接封装和印刷电路板之间所需的引脚数量也在增加，这也间接导致了锡球尺寸被要求不断缩小。

制作锡球时需要保证其合金成分的均匀性，否则会对跌落冲击或温度循环测试的可靠性造成影响。同时，锡球还必须具有良好的抗氧化性，因为在原材料制备过程中或回流焊过程中，氧化物的过度堆积可能导致锡球出现粘合效果不佳或脱落的问题，也就是所谓的“不沾锡（Non-wetting）”问题，因此，在焊接过程中需要使用助焊剂来清除其表面的氧化膜聚集，在回流焊过程中则需要使用氮气来形成惰性气氛，以避免此类问题的产生。

除此之外，焊接过程中还需要避免出现空隙，否则可能导致焊锡量不足，降低焊点可靠性。锡球的尺寸也至关重要，大小均匀的锡球有助于提高工艺效率。最后，锡球表面必须洁净无污染，以防止枝蔓晶体（Dendrite）^12^生长，上述这些现象都会增加故障率，降低焊点可靠性。

此前，锡球通常由锡合金（铅锡合金）制成，因具有良好的机械性能和导电性。然而在被发现铅对人体健康具有潜在危害后，铅的使用开始受到欧盟RoHS指令^13^等环境保护法规的严格监管，因此目前主要采用铅含量不超过百万分之700ppm或更低含量的无铅焊锡。

^12^枝蔓晶体（Dendrite）：一种具有树枝状形态的晶体，是自然界中常见的一种分形现象。

^13^RoHS指令：欧盟出台的《关于限制在电子电器设备中使用某些有害成分的指令》（RoHS），旨在通过使用更安全的替代品，来替换电子电气设备中的有害物质，以保护环境和人类健康。

胶带：用于永久和临时键合的压敏胶（PSA）

本节将重点介绍两种类型的胶带。第一种是用于将固体表面与同质或异质表面进行永久粘合的胶带。另一种是临时粘合胶带，如切割胶带（Dicing tape）和背面研磨保护胶带（Back grinding tape），它们可以通过内聚力和弹性来实现粘合或清除作用，这些胶带所使用的材料被称为压敏胶。

背面研磨保护胶带贴在晶圆正面，作用是在背面研磨过程中保护晶圆上的器件。在背面研磨过程结束后，须将这些胶带清除，以避免在晶圆表面留下粘合剂残留物。

切割胶带也被称为承载薄膜（Mounting tape），用于将晶圆稳固地固定在贴片环架上，以确保在晶圆切割过程中晶圆上的芯片不会脱落，因此，晶圆切割过程中使用的切割胶带必须具备良好的粘合力，也必须易于脱粘。由于压敏胶会对紫外线产生反应，因此在移除芯片之前，需要通过紫外线照射来处理切割胶带，这样可以减弱粘合力，便于移除芯片。

过去，晶圆在经过背面研磨后会直接贴附在切割胶带上；然而，随着晶圆背面迭片覆膜作为芯片粘合剂的广泛使用，如今，晶圆在经过背面研磨后，会贴附在晶圆背面迭片覆膜和切割胶带相结合处的胶带上。

引线：从金丝到铜丝，用于电气芯片连接

在芯片的电气连接中，用于连接芯片与基板、芯片与引线框架、或芯片与芯片的连接引线，通常由高纯度金制成。金具有出色的延展性，既可以加工成极薄的片材，又可以拉伸成细线，这些特性都非常有助于布线过程的开展。此外，金具有良好的抗氧化性，因此相应可靠性也得到提升，同时卓越的导电性能又赋予其良好的电气特性。

然而，由于金价较高，制造成本也相对较高，因此在布线过程中有时会使用较细的金丝，一旦拉伸过度便容易发生断裂，这也限制了金丝的使用。为了解决这一问题，人们开始将银等其他金属与金混合制成合金，同时也会使用镀金银、铜、镀钯铜、镀金钯铜等金属材料。

目前，铜丝正在逐渐替代金丝，这是因为铜的可锻性和延展性仅略逊于金丝，同样具备良好的导电性能，但却具备明显的成本优势。然而，由于铜易氧化，铜丝可能会在布线过程中或之后被氧化，所以与金丝布线不同的是，铜丝布线的设备采用密封模式且内部充满氮气，以防止暴露在空气中的铜丝被氧化。

包装材料：装运过程中的卷带包装

封装和测试完成后，半导体产品会被运送给客户。半导体产品包装通常采用卷带（T&R）包装和托盘（Tray）包装两种形式。卷带包装是指将产品封装放在带有“口袋”的胶带上，“口袋”的尺寸需与产品封装尺寸一致，具体操作是将胶带卷起形成一个卷轴，再将卷轴打包并发送给客户。托盘包装指将产品封装放入一个专用托盘，然后将多个托盘堆叠起来，打包装运。

晶圆级封装材料的展望

在详细介绍传统封装中各个工艺流程所使用的材料后，我们将在下一篇文章中重点探讨晶圆级封装所使用的材料。除了介绍这些材料的组成成分外，还将探索这些材料在确保半导体产品质量和耐用性方面发挥的关键作用。

审核编辑：刘清