倒裝芯片結(jié)構(gòu)中不流動(dòng)底部填充工藝參數(shù)
發(fā)布時(shí)間:2008/6/5 0:00:00 訪問次數(shù):583
倒裝芯片的傳統(tǒng)裝配方法是在芯片貼裝前把液態(tài)的焊劑涂在襯底上,或者把凸塊浸在焊膏的液態(tài)薄膜中。然后對(duì)裝配件進(jìn)行回流,并且把適當(dāng)?shù)拿芊鈩┨畛涞焦杵旅。但是,?dāng)毛細(xì)作用力在圓片和襯底之間產(chǎn)生拖曳力時(shí),免清洗溶劑殘?jiān)鼤?huì)損壞密封劑的濕度和流動(dòng)性,對(duì)封裝可靠性造成負(fù)面影響。而密封劑同樣需要后固化,這樣會(huì)就會(huì)使產(chǎn)量下降。
在貼裝圓片前,預(yù)淀積一種不流動(dòng)的化合溶劑和填充劑不僅可以消除免清洗焊劑中的殘?jiān)鶐淼目煽啃詥栴},同時(shí)還可以通過減少或消除密封劑的后固化時(shí)間而提高產(chǎn)量。盡管在熱循環(huán)測(cè)試中它們的性能還是低于傳統(tǒng)的有毛細(xì)管的流動(dòng)底部填料,但是由于典型的不流動(dòng)底部填充劑和錫連接之間的熱膨脹系數(shù)有更高的不匹配性,銷售商正在做快速改進(jìn)。當(dāng)前提供的產(chǎn)品已經(jīng)比2001年廣泛使用的傳統(tǒng)底部填充劑的性能好很多了。
然而,為了得到可靠的不流動(dòng)底部填充劑工藝,必須先解決幾個(gè)問題——底部填充劑的配置,芯片的貼裝以及裝配回流:
• 涂布填充劑時(shí)必須充分覆蓋電連接區(qū)域,不要在底部填充劑中形成過多的氣泡!
• 芯片貼裝的力度必須足夠大,這樣才能把底部填充劑擠出來,形成錫球與基板的連接。
• 必須優(yōu)化回流方案,在開始固化底部填料前就回流錫球,同時(shí)不要把底部填料暴露在過高的溫度下。
環(huán)球儀器公司的smt實(shí)驗(yàn)室用從許多家著名銷售商那里得到的不流動(dòng)底部填充劑來建立一系列倒裝芯片裝配方法,從中檢測(cè)流程問題并且提出最佳的參數(shù)。裝配是交叉分段的,用x射線顯微鏡分析了焊錫和突起問題,用聲學(xué)掃描顯微鏡分析了芯片以及襯底中的氣泡和分層問題!
•涂料 涂料時(shí)必須形成獨(dú)立的焊料團(tuán),使其具有恰當(dāng)?shù)捏w積以及形狀而使得所有的凸塊能夠在回流時(shí)能被熔化,在這之后形成合適的焊條。氣泡要盡可能的少,并且體積要盡量的小。當(dāng)設(shè)計(jì)涂料流程時(shí),首先應(yīng)該注意根據(jù)密封劑的黏度來優(yōu)化設(shè)置,這包括涂料噴管口和板子之間的距離。如果噴管不夠干凈會(huì)阻止材料從噴管出來,使板子上涂到的密封劑比預(yù)期體積小,這個(gè)問題對(duì)于高黏度的焊料將更為突出。另一個(gè)由黏度帶來的問題就是當(dāng)噴針收回時(shí)粘稠的液體可能形成尾巴,所以在尾部斷掉前移去針會(huì)在板子的其他地方涂上一串密封劑。為了避免這種情況,對(duì)于黏性材料,收針的距離應(yīng)該長一些而且回收速度必須慢一些,不過這將增加涂料時(shí)間!
最簡(jiǎn)單的涂布方法就是在中心處滴一滴。因?yàn)橥苛项^不移動(dòng),所以采用更高的流速可以提高涂料的速度,并且可以使針尖和基板之間保持相對(duì)大的距離。針尖只需要在這流程最后收回即可。但是這種方法易使裝配件中產(chǎn)生氣泡,并且不能用于大圓片,因?yàn)楹噶蠠o法到達(dá)邊緣處的凸塊!
當(dāng)然可以設(shè)計(jì)其他方法,例如“區(qū)域填充”法。這種方式可能會(huì)需要涂料頭走過一條較長的路徑,但是會(huì)得到更好的涂布效果。涂料頭同樣只需要在最后抬起來即可。用其他方法——如交叉法,“x”形法,或者星狀涂布法,總路徑可以更短,但是當(dāng)使用在噴嘴收回時(shí)易于形成尾巴的焊料時(shí),所能節(jié)省時(shí)間就要打一個(gè)折扣了,因?yàn)樗鼈兊氖蔗標(biāo)俣缺仨氉儨p慢!
但是區(qū)域填充法不能用于大圓片,因?yàn)椴牧先菀淄康奶〔⑶沂湛s成更加緊密的形態(tài)。薄膜甚至可能破碎成小片,結(jié)果造成更大的氣泡。
其他的方法同樣可能形成大的氣泡。圖1就顯示了一個(gè)500 mil(14毫米)suqare的硅片中的氣泡。這種涂布方式結(jié)合了小區(qū)域填充法和交叉法,最后使x的臂部一直延伸到圓片的邊沿處。這種方法產(chǎn)生了幾種沒有氣泡的組裝件,但某些情況下薄膜會(huì)破裂而形成很大的氣泡。另一方面,當(dāng)一團(tuán)單獨(dú)焊料被涂布到靠近中心的位置時(shí),即使用量再多,也無法達(dá)到到邊緣處的凸塊,因此也就不能很好的焊接。
•貼裝
當(dāng)硅片被貼裝到基板上時(shí),最先和其中心區(qū)域附近下方的密封劑連接。隨著硅片向下移動(dòng),下面的焊劑液體將被擠出去。隨著焊劑的移動(dòng),當(dāng)焊劑填充焊錫掩?障稌r(shí)將渡過或穿過焊錫凸塊,印制線路板(pcb)印記以及其他一些表面物體。這一過程或多或少將沿著順流的方向產(chǎn)生一些氣泡,特別是在凸塊背向焊劑流動(dòng)的方向!
圖2 顯示了凸塊附近的氣泡;這是一張硅片放在光滑玻璃平面上的俯視圖。這些顆粒狀的表面圖像是由密封裝劑中的固體顆粒引起的,它們要在更高的溫度下才能熔解。位于中心凸塊附近的氣泡(呈三角形分布)和凸塊本身的尺寸相當(dāng);其大小可以用周圍凸塊的線長來估算,大約等于10mil(0.254mm)。周圍的凸塊邊緣有類似相互分離的氣泡,我們能看到它們從圓角中上升(圖片上比較模
倒裝芯片的傳統(tǒng)裝配方法是在芯片貼裝前把液態(tài)的焊劑涂在襯底上,或者把凸塊浸在焊膏的液態(tài)薄膜中。然后對(duì)裝配件進(jìn)行回流,并且把適當(dāng)?shù)拿芊鈩┨畛涞焦杵旅。但是,?dāng)毛細(xì)作用力在圓片和襯底之間產(chǎn)生拖曳力時(shí),免清洗溶劑殘?jiān)鼤?huì)損壞密封劑的濕度和流動(dòng)性,對(duì)封裝可靠性造成負(fù)面影響。而密封劑同樣需要后固化,這樣會(huì)就會(huì)使產(chǎn)量下降。
在貼裝圓片前,預(yù)淀積一種不流動(dòng)的化合溶劑和填充劑不僅可以消除免清洗焊劑中的殘?jiān)鶐淼目煽啃詥栴},同時(shí)還可以通過減少或消除密封劑的后固化時(shí)間而提高產(chǎn)量。盡管在熱循環(huán)測(cè)試中它們的性能還是低于傳統(tǒng)的有毛細(xì)管的流動(dòng)底部填料,但是由于典型的不流動(dòng)底部填充劑和錫連接之間的熱膨脹系數(shù)有更高的不匹配性,銷售商正在做快速改進(jìn)。當(dāng)前提供的產(chǎn)品已經(jīng)比2001年廣泛使用的傳統(tǒng)底部填充劑的性能好很多了。
然而,為了得到可靠的不流動(dòng)底部填充劑工藝,必須先解決幾個(gè)問題——底部填充劑的配置,芯片的貼裝以及裝配回流:
• 涂布填充劑時(shí)必須充分覆蓋電連接區(qū)域,不要在底部填充劑中形成過多的氣泡!
• 芯片貼裝的力度必須足夠大,這樣才能把底部填充劑擠出來,形成錫球與基板的連接。
• 必須優(yōu)化回流方案,在開始固化底部填料前就回流錫球,同時(shí)不要把底部填料暴露在過高的溫度下。
環(huán)球儀器公司的smt實(shí)驗(yàn)室用從許多家著名銷售商那里得到的不流動(dòng)底部填充劑來建立一系列倒裝芯片裝配方法,從中檢測(cè)流程問題并且提出最佳的參數(shù)。裝配是交叉分段的,用x射線顯微鏡分析了焊錫和突起問題,用聲學(xué)掃描顯微鏡分析了芯片以及襯底中的氣泡和分層問題。
•涂料 涂料時(shí)必須形成獨(dú)立的焊料團(tuán),使其具有恰當(dāng)?shù)捏w積以及形狀而使得所有的凸塊能夠在回流時(shí)能被熔化,在這之后形成合適的焊條。氣泡要盡可能的少,并且體積要盡量的小。當(dāng)設(shè)計(jì)涂料流程時(shí),首先應(yīng)該注意根據(jù)密封劑的黏度來優(yōu)化設(shè)置,這包括涂料噴管口和板子之間的距離。如果噴管不夠干凈會(huì)阻止材料從噴管出來,使板子上涂到的密封劑比預(yù)期體積小,這個(gè)問題對(duì)于高黏度的焊料將更為突出。另一個(gè)由黏度帶來的問題就是當(dāng)噴針收回時(shí)粘稠的液體可能形成尾巴,所以在尾部斷掉前移去針會(huì)在板子的其他地方涂上一串密封劑。為了避免這種情況,對(duì)于黏性材料,收針的距離應(yīng)該長一些而且回收速度必須慢一些,不過這將增加涂料時(shí)間。
最簡(jiǎn)單的涂布方法就是在中心處滴一滴。因?yàn)橥苛项^不移動(dòng),所以采用更高的流速可以提高涂料的速度,并且可以使針尖和基板之間保持相對(duì)大的距離。針尖只需要在這流程最后收回即可。但是這種方法易使裝配件中產(chǎn)生氣泡,并且不能用于大圓片,因?yàn)楹噶蠠o法到達(dá)邊緣處的凸塊。
當(dāng)然可以設(shè)計(jì)其他方法,例如“區(qū)域填充”法。這種方式可能會(huì)需要涂料頭走過一條較長的路徑,但是會(huì)得到更好的涂布效果。涂料頭同樣只需要在最后抬起來即可。用其他方法——如交叉法,“x”形法,或者星狀涂布法,總路徑可以更短,但是當(dāng)使用在噴嘴收回時(shí)易于形成尾巴的焊料時(shí),所能節(jié)省時(shí)間就要打一個(gè)折扣了,因?yàn)樗鼈兊氖蔗標(biāo)俣缺仨氉儨p慢。
但是區(qū)域填充法不能用于大圓片,因?yàn)椴牧先菀淄康奶〔⑶沂湛s成更加緊密的形態(tài)。薄膜甚至可能破碎成小片,結(jié)果造成更大的氣泡。
其他的方法同樣可能形成大的氣泡。圖1就顯示了一個(gè)500 mil(14毫米)suqare的硅片中的氣泡。這種涂布方式結(jié)合了小區(qū)域填充法和交叉法,最后使x的臂部一直延伸到圓片的邊沿處。這種方法產(chǎn)生了幾種沒有氣泡的組裝件,但某些情況下薄膜會(huì)破裂而形成很大的氣泡。另一方面,當(dāng)一團(tuán)單獨(dú)焊料被涂布到靠近中心的位置時(shí),即使用量再多,也無法達(dá)到到邊緣處的凸塊,因此也就不能很好的焊接。
•貼裝
當(dāng)硅片被貼裝到基板上時(shí),最先和其中心區(qū)域附近下方的密封劑連接。隨著硅片向下移動(dòng),下面的焊劑液體將被擠出去。隨著焊劑的移動(dòng),當(dāng)焊劑填充焊錫掩?障稌r(shí)將渡過或穿過焊錫凸塊,印制線路板(pcb)印記以及其他一些表面物體。這一過程或多或少將沿著順流的方向產(chǎn)生一些氣泡,特別是在凸塊背向焊劑流動(dòng)的方向!
圖2 顯示了凸塊附近的氣泡;這是一張硅片放在光滑玻璃平面上的俯視圖。這些顆粒狀的表面圖像是由密封裝劑中的固體顆粒引起的,它們要在更高的溫度下才能熔解。位于中心凸塊附近的氣泡(呈三角形分布)和凸塊本身的尺寸相當(dāng);其大小可以用周圍凸塊的線長來估算,大約等于10mil(0.254mm)。周圍的凸塊邊緣有類似相互分離的氣泡,我們能看到它們從圓角中上升(圖片上比較模
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