铜核球实现3D封装和窄间距封装技术

近年来，以智慧型手机为代表的行动装置产品在市场上的需求迅速地扩大，这些小型化、多功能产品的发展十分显著。随着这些发展，因应小型化、窄间距化、多针化的封装电子零件制造要求也应运而生。

为了满足这些需求，发展出以堆叠封装(POP)为代表的3D封装电子零件的积层化，以及晶圆级晶片尺寸封装(WLCSP)等技术。特别是现有的植球机(Ball Mounter)和助焊剂印刷机(Flux printer)等设备，能直接使用在3D封装技术上的需求急速攀升，千住金属工业为因应这样的市场需求，提出采用铜核球的方案。铜核球是由铜球、镀镍层、镀锡层而组成的一种复合式多层次构造的焊锡球。


铜核球是由铜球、镀镍层、镀锡层而组成的一种复合式多层次构造的焊锡球。


铜核球可确保内藏零件所需高精密度之空间，易组成坚固的内藏零件构造。
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铜核球的最大特征就是能确保回焊后PKG间所需之空间，以利于实现高密度3D封装。3D封装在电子零件结合基板的多层次构造上，需经多次的热制程。过去使用锡球来对应时，在无数次的受热，使Solder Bump再次熔融，此时多层次的电子零件重量使Solder Bump溃散，导致无法确保PKG间所需之空间，亦容易导致Bridge而造成电池的短路。

然而，铜核球里的铜熔点相当高，约1080°C，在焊锡封装温度区域中不会熔融，所以即使经过无数次的热制程，核心仍存在于凸块内并维持住空间。此空间便于容纳其他封装用的电子零件，因此作为实现3D封装的铜核球开始受到注目。

此外，随着电子零件的小型化，Si晶片上的线路也趋向细微化和薄膜化，和焊锡接合的电极pad面积也越做越小。但是运作的电流并未改变而电流密度却变高，故不能忽视因电子迁移而造成焊锡龟裂的影响。铜核球里导电性良好的铜球配置在核心，外层再镀上可以防止在焊接过程中铜扩散的镍，达到高度耐电子迁移特性的效果。

现今以高密度封装为目的的覆晶封装技术有应用Cu pillar的方式，铜核球则是透过回焊过程的焊接，达到和Cu pillar相同的窄间距封装技术，而且不需再透过电解电镀的方式来生成Cu pillar及焊锡，对于半导体制造商在制程面来说可是一大优点。

铜核球在焊锡的接合信赖性评估，显示优良的结果。以电镀SAC305的铜核球(M90铜核球)和SAC305锡球(M705)进行比较，落下测试远远超过M705，并相当于SAC105锡球(M34)的结果。温度循环测试则和M705的结果一样。总而言之，M90铜核球和SAC305锡球有着同等的耐热疲劳性，并可克服高银材料不佳的耐落下冲击性等多重特性。

为了实现3D封装，作为解决目前SAC305和SAC405课题的材料，千住金属工业提出采用铜核球的方案。