AI 芯片封裝對(duì)錫膏的特殊要求

　　AI 芯片相較于傳統(tǒng)芯片，具有更高的功率密度和運(yùn)算速度，這使得其在運(yùn)行過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量的熱量。因此，用于 AI 芯片封裝的錫膏需要具備出色的導(dǎo)熱性能，以便能夠快速將芯片產(chǎn)生的熱量傳導(dǎo)出去，降低芯片的工作溫度，防止因過(guò)熱而導(dǎo)致性能下降甚至損壞。同時(shí)，由于 AI 芯片通常采用先進(jìn)的封裝技術(shù)，如倒裝芯片(Flip Chip)、球柵陣列(BGA)等，這些封裝方式對(duì)焊點(diǎn)的精度和可靠性提出了極高的要求。錫膏需要在印刷過(guò)程中能夠精準(zhǔn)地填充微小的焊盤，并且在回流焊后形成牢固、可靠的焊點(diǎn)，以承受芯片在長(zhǎng)期使用過(guò)程中的機(jī)械應(yīng)力和熱應(yīng)力。此外，隨著電子產(chǎn)品朝著小型化、輕量化的方向發(fā)展，AI 芯片的封裝密度也越來(lái)越高，這就要求錫膏具有良好的印刷性能和觸變性，能夠在印刷過(guò)程中保持形狀穩(wěn)定，避免出現(xiàn)坍塌、橋連等缺陷。

　　錫膏的主要類型及特性

　　按合金成分分類

　　錫鉛(Sn - Pb)錫膏：曾經(jīng)應(yīng)用廣泛，其熔點(diǎn)較低，通常在 183℃(Sn63Pb37)左右，焊接時(shí)對(duì)元器件與 PCB 的熱沖擊小，特別適用于對(duì)熱敏感的元件。熔化后的流動(dòng)性佳，能充分填充焊盤與元件引腳間隙，形成致密、均勻的焊點(diǎn)，有效降低虛焊、假焊的概率。然而，由于鉛是一種有毒重金屬，對(duì)環(huán)境和人體健康存在潛在危害，隨著環(huán)保法規(guī)的日益嚴(yán)格，錫鉛錫膏的使用受到了極大的限制，目前僅在一些對(duì)環(huán)保要求不高且成本控制極為嚴(yán)格的消費(fèi)電子產(chǎn)品中少量應(yīng)用。

　　無(wú)鉛(Sn - Ag - Cu 系)錫膏：契合 RoHS 環(huán)保指令，不含鉛成分，滿足電子產(chǎn)品綠色制造的趨勢(shì)，成為目前市場(chǎng)上的主流錫膏類型。焊接后機(jī)械強(qiáng)度高，其抗拉強(qiáng)度、剪切強(qiáng)度優(yōu)于錫鉛錫膏，能夠更好地抵御產(chǎn)品使用過(guò)程中的振動(dòng)、沖擊等機(jī)械應(yīng)力，從而延長(zhǎng)產(chǎn)品的使用壽命。不過(guò)，無(wú)鉛錫膏的熔點(diǎn)較高，一般在 217 - 227℃，這對(duì)回流焊設(shè)備的精度和溫控要求更高，同時(shí)元件與 PCB 也需耐受更高的焊接溫度。在高溫焊接過(guò)程中，助焊劑容易提前失效，因此需要選用高活性、高熱穩(wěn)定性的助焊劑，否則易出現(xiàn)焊點(diǎn)氧化、潤(rùn)濕不良等問(wèn)題。無(wú)鉛錫膏廣泛應(yīng)用于高端電子產(chǎn)品，如手機(jī)、電腦、汽車電子以及 AI 芯片封裝等領(lǐng)域，盡管成本較錫鉛錫膏高，但能保障產(chǎn)品的高性能與環(huán)保合規(guī)。

　　按熔點(diǎn)分類

　　高溫錫膏：合金成分如錫 99 銀 0.3 銅 0.7、錫 96.5 銀 3 銅 0.5 等，其熔點(diǎn)為 210 - 227℃。適用于需要承受較高工作溫度和機(jī)械應(yīng)力的場(chǎng)景，在 AI 芯片封裝中，對(duì)于一些功率較大、散熱要求高的芯片，高溫錫膏能夠形成更加穩(wěn)定、可靠的焊點(diǎn)，確保芯片在長(zhǎng)期高負(fù)荷運(yùn)行下的電氣連接穩(wěn)定性。但高溫焊接過(guò)程對(duì)芯片和封裝材料的熱沖擊較大，需要確保芯片和封裝材料具備足夠的耐熱性能。

　　低溫錫膏：合金成分為錫 42 鉍 58，其熔點(diǎn)為 138℃。由于熔點(diǎn)低，在焊接過(guò)程中對(duì)芯片和基板的熱損傷較小，適合對(duì)熱敏感的元件以及一些不適合承受高溫的封裝材料。在 AI 芯片封裝中，對(duì)于一些集成了多種不同類型芯片的異構(gòu)封裝系統(tǒng)，其中部分芯片可能對(duì)高溫較為敏感，此時(shí)低溫錫膏就可以發(fā)揮其優(yōu)勢(shì)，在不影響其他芯片性能的前提下完成焊接。然而，低溫錫膏的焊點(diǎn)強(qiáng)度相對(duì)較低，在一些對(duì)焊點(diǎn)機(jī)械強(qiáng)度要求極高的應(yīng)用場(chǎng)景中可能不太適用。

　　按焊劑活性分類

　　無(wú)活性(R)錫膏：幾乎不含有活性成分，焊接后殘留物極少，對(duì)電子元件的腐蝕性極低。適用于航天、航空等對(duì)電子產(chǎn)品可靠性要求極高且對(duì)殘留物控制極為嚴(yán)格的領(lǐng)域。在 AI 芯片封裝中，對(duì)于一些對(duì)電磁干擾極為敏感的芯片，使用無(wú)活性錫膏可以避免因焊劑殘留而產(chǎn)生的潛在電磁干擾問(wèn)題，確保芯片的信號(hào)傳輸質(zhì)量。但由于其活性低，對(duì)焊接表面的清潔度要求極高，焊接工藝難度較大。

　　中等活性(RMA)錫膏：具有一定的活性，能夠有效去除焊件表面的氧化物，同時(shí)殘留物相對(duì)較少，且腐蝕性較低。常用于軍事和其他高可靠性電路組件的焊接。在 AI 芯片封裝中，對(duì)于大多數(shù)普通應(yīng)用場(chǎng)景，中等活性錫膏能夠在保證焊接質(zhì)量的同時(shí)，滿足對(duì)殘留物和可靠性的要求，是一種較為常用的選擇。

　　活性(RA)錫膏：活性較高，能夠快速有效地去除焊件表面的氧化物，焊接性能良好，“上錫速度” 快。但焊接后殘留物相對(duì)較多，且可能具有一定的腐蝕性，需要進(jìn)行清洗處理。主要應(yīng)用于消費(fèi)類電子產(chǎn)品的焊接，在 AI 芯片封裝中，如果后續(xù)有完善的清洗工藝，且對(duì)焊接速度和成本有較高要求時(shí)，活性錫膏也可考慮使用。

　　如何選擇適合 AI 芯片封裝的錫膏

　　根據(jù)芯片的功率和散熱需求選擇

　　對(duì)于功率較大、散熱要求高的 AI 芯片，應(yīng)優(yōu)先選擇導(dǎo)熱性能好的錫膏，如添加了納米金屬顆粒(如 Cu 納米顆粒<50nm)的錫膏，可提升導(dǎo)熱率 10% - 15%;或采用復(fù)合材料，如 SAC305 + Al?O?納米顆粒(<100nm)的錫膏，其導(dǎo)熱率可達(dá) 60 - 80 W/m?K，能夠更好地滿足高功率 AI 芯片的散熱需求，確保芯片在運(yùn)行過(guò)程中保持較低的溫度，從而穩(wěn)定性能。例如，在數(shù)據(jù)中心的 GPU 芯片封裝中，由于 GPU 需要處理大量的數(shù)據(jù)，功率消耗大且發(fā)熱嚴(yán)重，此時(shí)選擇高導(dǎo)熱率的錫膏就顯得尤為重要。

　　根據(jù)封裝工藝和精度要求選擇

　　倒裝芯片(Flip Chip)封裝：通常需要使用顆粒度細(xì)的錫膏，如 Type 5 適用于間距 0.3 - 0.4mm 的倒裝芯片、μBump，印刷精度 ±10μm;Type 6 - 8 適用于間距<0.3mm 的倒裝芯片、μBump，印刷精度 ±5μm。對(duì)于一些先進(jìn)的 AI 芯片采用的超精細(xì)間距倒裝芯片封裝，甚至可能需要使用納米級(jí)粉末(T9、T10 型號(hào)超微焊粉，粒徑<5μm)的錫膏，但這種錫膏需要特殊設(shè)備(如激光轉(zhuǎn)印)支持。同時(shí)，為了確保焊點(diǎn)的可靠性，還需要配合底部填充膠，推薦使用環(huán)氧樹脂基膠，固化溫度需低于 120°C，以避免二次熱損傷。

　　球柵陣列(BGA)封裝：對(duì)于間距 0.4 - 0.6mm 的 BGA 封裝，可選擇 Type 4 錫膏，印刷精度 ±10μm。在 BGA 封裝過(guò)程中，錫膏的印刷精度和一致性對(duì)焊點(diǎn)質(zhì)量影響很大，因此需要選擇能夠滿足印刷精度要求且具有良好觸變性的錫膏，以防止在印刷過(guò)程中出現(xiàn)錫膏坍塌或橋連等問(wèn)題。

　　根據(jù)可靠性和穩(wěn)定性要求選擇

　　在考慮錫膏的合金成分時(shí)，對(duì)于可靠性要求嚴(yán)苛的 AI 芯片應(yīng)用場(chǎng)景，如數(shù)據(jù)中心的 AI 服務(wù)器芯片，可選擇 SAC405 錫膏，其銀含量提升 1%，機(jī)械強(qiáng)度提高約 15%，能更好地承受長(zhǎng)期使用過(guò)程中的機(jī)械應(yīng)力和熱應(yīng)力。但由于成本增加 20% - 30%，在一些對(duì)成本較為敏感但仍需保證一定可靠性的場(chǎng)景中，可選擇成本與性能平衡的 SAC305 錫膏，適用于大多數(shù) AI 芯片，尤其是需要長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行的設(shè)備。此外，還可考慮一些替代方案，如 SAC - X 系列(如 SAC - Q，含微量 Ni、Sb/Bi)，通過(guò)合金化優(yōu)化抗熱疲勞性能，成本介于 SAC305 與 SAC405 之間。同時(shí)，要關(guān)注錫膏的活性等級(jí)和殘留物控制，建議選擇 M(中等活性)或 L(低活性)的錫膏，避免高活性焊劑腐蝕敏感元件，并確保錫膏通過(guò)離子污染測(cè)試(如 IPC - TM - 650 2.3.25)，鹵化物當(dāng)量<1.5μg/cm2，以保證焊點(diǎn)的長(zhǎng)期穩(wěn)定性。

　　考慮環(huán)保要求

　　隨著環(huán)保意識(shí)的不斷提高，電子產(chǎn)品的環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)也日益嚴(yán)格。在 AI 芯片封裝中，應(yīng)選擇符合 RoHS 2.0 標(biāo)準(zhǔn)的錫膏，避免使用含鹵助焊劑，以減少對(duì)環(huán)境的危害。目前市場(chǎng)上主流的無(wú)鉛錫膏，如 Sn - Ag - Cu 系錫膏，不僅滿足環(huán)保要求，而且在性能上也能夠滿足 AI 芯片封裝的需求。

　　結(jié)論

　　在 AI 芯片封裝過(guò)程中，錫膏的選擇是一個(gè)綜合考量多方面因素的過(guò)程。需要根據(jù)芯片的功率密度、散熱需求、封裝工藝精度以及可靠性和環(huán)保要求等，權(quán)衡不同類型錫膏的特性，選擇最適合的錫膏產(chǎn)品。同時(shí)，隨著 AI 技術(shù)的不斷發(fā)展和芯片封裝工藝的持續(xù)創(chuàng)新，錫膏的研發(fā)也在不斷進(jìn)步，未來(lái)有望出現(xiàn)更多性能優(yōu)異、滿足 AI 芯片復(fù)雜封裝需求的新型錫膏產(chǎn)品，為 AI 芯片的性能提升和可靠性保障提供更有力的支持。