降低翹曲 Warpage 變形量就靠低溫焊接 LTS 製程

為解決此議題，宜特板階可靠度(BLR)實驗室導入新的做法-低溫焊接製程（Low Temperature Soldering，簡稱 LTS），藉由減少熱應力，成功降低翹曲（Warpage）變形量。 何謂低溫焊接製程（Low Temperature Soldering，簡稱 LTS） 一般無鉛焊接所使用錫、銀、銅合金的熔點溫度約在 220℃，峰值溫度達到 230℃~250℃，而低溫焊接所使用錫、鉍合金熔點溫度為 140℃，峰值溫度則可降低到 170℃~200℃（依錫膏成分有所不同）（參見表一與圖三）。 ▲表一：一般無鉛焊接與低溫焊接熔點與峰值溫度 為何 LTS 製程可以降低 Warpage 變形量? ▲圖四：溫度越高，變形越大 產生 Warpage 主要原因，來自於使用不同材料的 IC 堆疊後，由於不同材料的熱膨脹係數（CTE）不同，經過高溫焊間產生形變。溫度越高，因熱應力造成封裝後的 IC（Package）變形程度越大（圖四）。因此，藉由降低 SMT 焊接溫度，將可大幅減少熱應力，藉此不僅可改善 PCB 與零件的 Warpage 程度外，也可減少能耗。   控制溫度與錫膏體積，避免異質合金焊接過程產生熱淚滴效應 目前零件封裝還是以無鉛製程為主，意即焊接材料 Bump 與 Solder Ball 仍多以使用錫、銀、銅 合金為主，例如焊料號 SAC305、SACQ、SAC405 等，因低溫焊接製程（LTS）未達錫、銀、銅合金熔錫溫度，故 Solder Joint 有很大差異（參見圖五與圖六）。 ▲圖五：一般無鉛製程 Reflow 後，SAC 錫球與錫膏完全熔融，錫球出現塌陷（collapse） ▲圖六：LTS 製程 Reflow 後，SAC 錫球未完全熔融，錫球未出現塌陷（collapse）型態 ▲圖七：透過精確控制焊接溫度與錫膏體積的焊點切面圖（Cross Section）。 因此，宜特板階可靠度實驗室藉著精確控制溫度與錫膏體積，即可避免 LTS 製程中出現熱滴淚（Hot Tearing）的現象。例如圖七，錫鉍合金（Sn-Bi）錫膏與 SAC305 錫球的焊接點，在適當錫膏體積與回流焊溫度控制下，可看出錫球不僅具備良好的擴散性，且無熱滴淚（Hot Tearing）狀況發生。 利用 LTS 製程提升產品可靠度實測 不同合金之間的焊接點，容易因為分子擴散不佳，造成可靠度試驗出現早夭現象，宜特板階可靠度（BLR）實驗室針對 LTS 製程，使用小尺寸 WLCSP 封裝零件，執行異質合金焊接，並進行後續可靠度驗證，從溫度循環試驗（Temperature Cycle Test，簡稱 TCT）結果顯示， LTS 製程在可靠度 TCT 實驗中的表現，和一般無鉛製程相比，並不遜色。 由圖八可以看出小尺寸 WLCSP 封裝零件 SAC305Bump 分別與 LTS 錫膏 Sn-Bi-Sb-Ni 及 Sn-Bi-Ag 的配置在 TCT，表現並不劣於 SAC305Bump 與 SAC305 錫膏的配置。 ▲圖八：執行一般無鉛製程（藍線-SAC305 錫膏）與 LTS 製程（ 黑線-Sn-Bi-Ag 錫膏、綠線-Sn-Bi-Sb-Ni 錫膏），並進行後續可靠度 TCT 實驗的比較圖 ▲圖九：LTS 製程使用不同錫膏比例 TCT 實驗結果圖：藍線代表使用較少的錫膏量， 黑線代表使用較多的錫膏量 在封裝材料無法解決 CTE 問題之前，LTS 製程不失為一個降低 Warpage 程度的方式。而在實際應用上還包含了主被動零件，如晶片電阻、電容、記憶體、晶體管等等，越早準備就越早能切入市場。本文與各位長久以來支持宜特的您，分享經驗，若您想要進一步了解 LTS 製程，請洽 +886-3-579-9909 分機 1068 邱小姐 Email:  marketing_tw@istgroup.com （圖片來源：宜特科技）