在半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的發(fā)展進(jìn)程中，封裝技術(shù)從 2D 逐步邁向 3.5D，實(shí)現(xiàn)了從平面到立體、從低集成到高集成的跨越。這一演進(jìn)不僅提升了芯片性能，還改變了對封裝焊接材料的需求。作為專業(yè)生產(chǎn)錫膏、助焊劑、銀膠、燒結(jié)銀等焊材的企業(yè)，深入了解這些變化對產(chǎn)品研發(fā)和市場拓展至關(guān)重要。

一、2D 封裝：傳統(tǒng)焊材的基石作用

2D 封裝是最基礎(chǔ)的形式，芯片以平鋪方式安裝在基板上，通過引線鍵合或倒裝芯片技術(shù)實(shí)現(xiàn)電氣連接。這一階段，錫膏和助焊劑是主要焊材。

1. 錫膏：以 SAC305（Sn96.5Ag3Cu0.5）為代表的無鉛錫膏廣泛應(yīng)用，其熔點(diǎn)約 217℃，適用于 0.5mm 以上間距的 BGA、QFP 等封裝。針對細(xì)間距需求（如 0.4mm pitch），T5 級（15 - 25μm 粒徑）錫粉被采用，以確保印刷精度和焊接質(zhì)量。
2. 助焊劑：在 2D 封裝中，助焊劑起到去除金屬表面氧化物、降低焊料表面張力、促進(jìn)焊料潤濕和鋪展的作用。免清洗助焊劑因無需后續(xù)清洗工序，減少了對芯片的損傷風(fēng)險(xiǎn)，在消費(fèi)電子等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，其殘留物表面絕緣電阻需大于 10^13Ω，防止電化學(xué)遷移。
3. 銀膠：用于芯片與基板的機(jī)械固定和電氣連接，尤其是在柔性電路板（FPC）與芯片的連接中。銀膠的銀含量通?！?5%，熱導(dǎo)率可達(dá) 60W/m?K，確保良好的導(dǎo)電性和散熱性。固化條件一般為 150 - 170℃，需精確控制膠量（±5%），以保證連接強(qiáng)度和可靠性。

二、2.1D 封裝：對焊材精度與性能的新要求

2.1D 封裝在 2D 基礎(chǔ)上，通過在封裝基板上制造細(xì)間距金屬互連層（RDL）或嵌入硅橋，實(shí)現(xiàn)更高密度的芯片間互連。

1. 微凸塊材料：為實(shí)現(xiàn)更細(xì)間距的互連（如 10 - 20μm），銅柱凸塊結(jié)合 SnAgCu 焊料成為主流。銅柱凸塊高度通常在 50 - 100μm，提供了可靠的電氣連接和機(jī)械支撐。SnAgCu 焊料在保證焊接強(qiáng)度的同時(shí)，需滿足更低的空洞率要求（≤5%），以提升信號傳輸?shù)姆€(wěn)定性。
2. 納米銀漿：隨著封裝密度的提高，納米銀漿（粒徑 50 - 100nm）開始應(yīng)用。激光燒結(jié)后，納米銀漿形成的銀層電阻率低至 4.7μΩ?cm，熱導(dǎo)率達(dá) 260W/m?K，適用于 10μm 以下間距的硅橋互連，有效降低了電阻和熱阻，提升了封裝性能。
3. 底部填充膠：為減少熱應(yīng)力對焊點(diǎn)的影響，底部填充膠的性能要求更加嚴(yán)格。環(huán)氧基底部填充膠的熱膨脹系數(shù)（CTE）需與芯片和基板相匹配，一般控制在 18ppm/℃左右，填充時(shí)間要求小于 30 秒，以確保在短時(shí)間內(nèi)均勻覆蓋焊點(diǎn)，提高封裝的可靠性。

三、2.3D 封裝：有機(jī)中介層帶來的焊材變革

2.3D 封裝引入有機(jī)中介層，實(shí)現(xiàn)了芯片與基板之間的高密度互連。

1. 焊球與焊料：在有機(jī)中介層與基板的連接中，SAC305 焊球（直徑 100 - 150μm）仍是常用選擇，但對焊球的一致性和焊接空洞率要求更高，空洞率需嚴(yán)格控制在 5% 以下，以保證信號傳輸?shù)姆€(wěn)定性。同時(shí)，為適應(yīng)多層堆疊的階梯焊接，高導(dǎo)熱、低熔點(diǎn)的 Sn-Zn-Bi 合金（熔點(diǎn) 180-190℃，熱導(dǎo)率80W/m?K）也得到應(yīng)用，減少高溫對底層芯片的損傷。
2. 助焊劑：針對有機(jī)中介層的焊接，無鹵素助焊劑成為主流。這類助焊劑在保證良好焊接性能的同時(shí)，避免了鹵素對有機(jī)材料的腐蝕，確保了封裝的長期可靠性。如傲牛AN-227-1無鹵素助焊劑，能有效支持銅柱凸塊的無鉛焊接，接觸角≤15°，提升了焊接的潤濕性和可靠性。
3. 底部填充材料：與 2.1D 封裝類似，底部填充材料需具備良好的流動性和低 CTE 特性。但由于 2.3D 封裝的結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜，對底部填充材料的填充能力和與有機(jī)中介層的兼容性要求更高。

四、2.5D 封裝：高性能焊材支撐高密度集成

2.5D 封裝以硅中介層為核心，通過 TSV（硅通孔）和RDL實(shí)現(xiàn)芯片間的高速、高密度互連。

1. 微凸塊與混合鍵合材料：在芯片與硅中介層的連接中，微凸塊的尺寸和間距進(jìn)一步縮小，銅柱凸塊直徑可低至20 - 50μm，互連密度高達(dá)1000 個(gè)/mm2。為實(shí)現(xiàn)更高的帶寬和更低的延遲，部分場景采用混合鍵合技術(shù)，直接通過Cu - Cu鍵合實(shí)現(xiàn)芯片間互聯(lián)，無需傳統(tǒng)焊料，帶寬密度可達(dá)1TB/s/mm2。
2. 底部填充與散熱材料：由于2.5D封裝中芯片集成度高、發(fā)熱量大，底部填充材料不僅要具備良好的機(jī)械性能，還需具備高導(dǎo)熱性。例如，3M TM2910 高導(dǎo)熱銀膠，熱導(dǎo)率可達(dá) 200W/m?K 以上，在填充焊點(diǎn)間隙的同時(shí)，有效將芯片產(chǎn)生的熱量傳導(dǎo)出去，降低芯片溫度，提升封裝的可靠性。
3. 助焊劑與清洗工藝：在 2.5D 封裝中，助焊劑的殘留對芯片性能影響更大。因此，對助焊劑的清洗要求更為嚴(yán)格，通常采用去離子水清洗（電阻率 > 18MΩ?cm），確保助焊劑殘留離子（如 Cl?、Br?）濃度低于10μg/cm2，防止電化學(xué)遷移導(dǎo)致的芯片失效。

五、3D 封裝：垂直堆疊下的焊材挑戰(zhàn)與創(chuàng)新

3D 封裝實(shí)現(xiàn)了芯片的垂直堆疊，通過 TSV 和微凸點(diǎn)實(shí)現(xiàn)芯片間的垂直互連，對焊材的性能和工藝提出了極高要求。

1. TSV 填充材料：電鍍銅是 TSV 填充的主要材料，要求純度＞99.99%，以確保低電阻（電阻率 1.7μΩ?cm）和良好的導(dǎo)電性。對于 10μm 以下孔徑的 TSV，需精確控制電鍍工藝，保證銅填充的均勻性和完整性，避免空洞和裂縫的產(chǎn)生。
2. 低溫焊料與混合鍵合：為減少堆疊過程中的熱應(yīng)力，低溫焊料如 Sn58Bi（熔點(diǎn) 138℃）被廣泛應(yīng)用于多層堆疊的階梯焊接。同時(shí)，混合鍵合技術(shù)在3D封裝中也得到進(jìn)一步發(fā)展，通過精確控制鍵合溫度、壓力和時(shí)間，實(shí)現(xiàn)芯片間的高質(zhì)量連接，提升封裝的整體性能。
3. 自修復(fù)焊料：針對3D封裝中焊點(diǎn)易受熱應(yīng)力影響產(chǎn)生微裂紋的問題，自修復(fù)焊料成為研究熱點(diǎn)。例如，嵌入微膠囊型助焊劑的焊料，當(dāng)焊點(diǎn)出現(xiàn)微裂紋時(shí)，膠囊破裂釋放助焊劑，修復(fù)氧化層，恢復(fù)焊點(diǎn)的導(dǎo)電性和機(jī)械強(qiáng)度，提高封裝的長期可靠性。

六、3.5D 封裝及未來趨勢：焊材的持續(xù)進(jìn)化

3.5D封裝結(jié)合了2.5D和3D封裝的優(yōu)勢，通過中介層實(shí)現(xiàn)芯片的橫向和垂直互連，對焊材的性能、精度和集成度提出了更高要求。

1. 高性能納米材料：未來，納米銀漿、納米銅漿等高性能納米材料將在 3.5D 封裝中發(fā)揮更大作用。這些材料具有更低的電阻率和更高的熱導(dǎo)率，能夠滿足更高密度互連和更高效散熱的需求。例如，通過優(yōu)化納米銀漿的燒結(jié)工藝，可使其熱導(dǎo)率達(dá)到 300W/m?K 以上，電阻降低至 3μΩ?cm 以下。
2. 無助焊劑鍵合技術(shù)：隨著封裝尺寸的不斷縮小和集成度的不斷提高，助焊劑殘留對芯片性能的影響愈發(fā)顯著。無助焊劑鍵合技術(shù)，如在真空或惰性氣體環(huán)境中進(jìn)行的銅 - 銅直接鍵合，將逐漸成為主流。這種技術(shù)不僅能提高互連的長期可靠性，還能避免助焊劑殘留導(dǎo)致的腐蝕和短路問題。
3. 智能化與定制化焊材：隨著 AI 技術(shù)在半導(dǎo)體制造中的應(yīng)用，智能化焊材將成為趨勢。例如，具備自適應(yīng)調(diào)節(jié)性能的焊材，可根據(jù)焊接過程中的溫度、壓力等參數(shù)自動調(diào)整物理性質(zhì)，確保焊接質(zhì)量的一致性。同時(shí)，針對不同應(yīng)用場景和客戶需求，定制化焊材將得到更多開發(fā)，滿足如醫(yī)療、航天等特殊領(lǐng)域?qū)Ψ庋b可靠性和性能的嚴(yán)格要求。

從 2D 到 3.5D 封裝的演進(jìn)過程中，錫膏、助焊劑、銀膠、燒結(jié)銀等焊材不斷創(chuàng)新和發(fā)展，以適應(yīng)日益復(fù)雜的封裝結(jié)構(gòu)和更高的性能要求。作為焊材生產(chǎn)企業(yè)，緊跟封裝技術(shù)發(fā)展趨勢，持續(xù)投入研發(fā)，開發(fā)出更高效、更可靠、更環(huán)保的焊材產(chǎn)品，將是在半導(dǎo)體封裝市場中保持競爭力的關(guān)鍵。