倒装芯片结构中不流动底部填充工艺参数
发布时间:2008/6/5 0:00:00 访问次数:575
倒装芯片的传统装配方法是在芯片贴装前把液态的焊剂涂在衬底上,或者把凸块浸在焊膏的液态薄膜中。然后对装配件进行回流,并且把适当的密封剂填充到硅片下面。但是,当毛细作用力在圆片和衬底之间产生拖曳力时,免清洗溶剂残渣会损坏密封剂的湿度和流动性,对封装可靠性造成负面影响。而密封剂同样需要后固化,这样会就会使产量下降。
在贴装圆片前,预淀积一种不流动的化合溶剂和填充剂不仅可以消除免清洗焊剂中的残渣所带来的可靠性问题,同时还可以通过减少或消除密封剂的后固化时间而提高产量。尽管在热循环测试中它们的性能还是低于传统的有毛细管的流动底部填料,但是由于典型的不流动底部填充剂和锡连接之间的热膨胀系数有更高的不匹配性,销售商正在做快速改进。当前提供的产品已经比2001年广泛使用的传统底部填充剂的性能好很多了。
然而,为了得到可靠的不流动底部填充剂工艺,必须先解决几个问题——底部填充剂的配置,芯片的贴装以及装配回流:
• 涂布填充剂时必须充分覆盖电连接区域,不要在底部填充剂中形成过多的气泡。
• 芯片贴装的力度必须足够大,这样才能把底部填充剂挤出来,形成锡球与基板的连接。
• 必须优化回流方案,在开始固化底部填料前就回流锡球,同时不要把底部填料暴露在过高的温度下。
环球仪器公司的smt实验室用从许多家著名销售商那里得到的不流动底部填充剂来建立一系列倒装芯片装配方法,从中检测流程问题并且提出最佳的参数。装配是交叉分段的,用x射线显微镜分析了焊锡和突起问题,用声学扫描显微镜分析了芯片以及衬底中的气泡和分层问题。
•涂料 涂料时必须形成独立的焊料团,使其具有恰当的体积以及形状而使得所有的凸块能够在回流时能被熔化,在这之后形成合适的焊条。气泡要尽可能的少,并且体积要尽量的小。当设计涂料流程时,首先应该注意根据密封剂的黏度来优化设置,这包括涂料喷管口和板子之间的距离。如果喷管不够干净会阻止材料从喷管出来,使板子上涂到的密封剂比预期体积小,这个问题对于高黏度的焊料将更为突出。另一个由黏度带来的问题就是当喷针收回时粘稠的液体可能形成尾巴,所以在尾部断掉前移去针会在板子的其他地方涂上一串密封剂。为了避免这种情况,对于黏性材料,收针的距离应该长一些而且回收速度必须慢一些,不过这将增加涂料时间。
最简单的涂布方法就是在中心处滴一滴。因为涂料头不移动,所以采用更高的流速可以提高涂料的速度,并且可以使针尖和基板之间保持相对大的距离。针尖只需要在这流程最后收回即可。但是这种方法易使装配件中产生气泡,并且不能用于大圆片,因为焊料无法到达边缘处的凸块。
当然可以设计其他方法,例如“区域填充”法。这种方式可能会需要涂料头走过一条较长的路径,但是会得到更好的涂布效果。涂料头同样只需要在最后抬起来即可。用其他方法——如交叉法,“x”形法,或者星状涂布法,总路径可以更短,但是当使用在喷嘴收回时易于形成尾巴的焊料时,所能节省时间就要打一个折扣了,因为它们的收针速度必须变减慢。
但是区域填充法不能用于大圆片,因为材料容易涂的太薄并且收缩成更加紧密的形态。薄膜甚至可能破碎成小片,结果造成更大的气泡。
其他的方法同样可能形成大的气泡。图1就显示了一个500 mil(14毫米)suqare的硅片中的气泡。这种涂布方式结合了小区域填充法和交叉法,最后使x的臂部一直延伸到圆片的边沿处。这种方法产生了几种没有气泡的组装件,但某些情况下薄膜会破裂而形成很大的气泡。另一方面,当一团单独焊料被涂布到靠近中心的位置时,即使用量再多,也无法达到到边缘处的凸块,因此也就不能很好的焊接。
•贴装
当硅片被贴装到基板上时,最先和其中心区域附近下方的密封剂连接。随着硅片向下移动,下面的焊剂液体将被挤出去。随着焊剂的移动,当焊剂填充焊锡掩模空隙时将渡过或穿过焊锡凸块,印制线路板(pcb)印记以及其他一些表面物体。这一过程或多或少将沿着顺流的方向产生一些气泡,特别是在凸块背向焊剂流动的方向。
图2 显示了凸块附近的气泡;这是一张硅片放在光滑玻璃平面上的俯视图。这些颗粒状的表面图像是由密封装剂中的固体颗粒引起的,它们要在更高的温度下才能熔解。位于中心凸块附近的气泡(呈三角形分布)和凸块本身的尺寸相当;其大小可以用周围凸块的线长来估算,大约等于10mil(0.254mm)。周围的凸块边缘有类似相互分离的气泡,我们能看到它们从圆角中上升(图片上比较模
倒装芯片的传统装配方法是在芯片贴装前把液态的焊剂涂在衬底上,或者把凸块浸在焊膏的液态薄膜中。然后对装配件进行回流,并且把适当的密封剂填充到硅片下面。但是,当毛细作用力在圆片和衬底之间产生拖曳力时,免清洗溶剂残渣会损坏密封剂的湿度和流动性,对封装可靠性造成负面影响。而密封剂同样需要后固化,这样会就会使产量下降。
在贴装圆片前,预淀积一种不流动的化合溶剂和填充剂不仅可以消除免清洗焊剂中的残渣所带来的可靠性问题,同时还可以通过减少或消除密封剂的后固化时间而提高产量。尽管在热循环测试中它们的性能还是低于传统的有毛细管的流动底部填料,但是由于典型的不流动底部填充剂和锡连接之间的热膨胀系数有更高的不匹配性,销售商正在做快速改进。当前提供的产品已经比2001年广泛使用的传统底部填充剂的性能好很多了。
然而,为了得到可靠的不流动底部填充剂工艺,必须先解决几个问题——底部填充剂的配置,芯片的贴装以及装配回流:
• 涂布填充剂时必须充分覆盖电连接区域,不要在底部填充剂中形成过多的气泡。
• 芯片贴装的力度必须足够大,这样才能把底部填充剂挤出来,形成锡球与基板的连接。
• 必须优化回流方案,在开始固化底部填料前就回流锡球,同时不要把底部填料暴露在过高的温度下。
环球仪器公司的smt实验室用从许多家著名销售商那里得到的不流动底部填充剂来建立一系列倒装芯片装配方法,从中检测流程问题并且提出最佳的参数。装配是交叉分段的,用x射线显微镜分析了焊锡和突起问题,用声学扫描显微镜分析了芯片以及衬底中的气泡和分层问题。
•涂料 涂料时必须形成独立的焊料团,使其具有恰当的体积以及形状而使得所有的凸块能够在回流时能被熔化,在这之后形成合适的焊条。气泡要尽可能的少,并且体积要尽量的小。当设计涂料流程时,首先应该注意根据密封剂的黏度来优化设置,这包括涂料喷管口和板子之间的距离。如果喷管不够干净会阻止材料从喷管出来,使板子上涂到的密封剂比预期体积小,这个问题对于高黏度的焊料将更为突出。另一个由黏度带来的问题就是当喷针收回时粘稠的液体可能形成尾巴,所以在尾部断掉前移去针会在板子的其他地方涂上一串密封剂。为了避免这种情况,对于黏性材料,收针的距离应该长一些而且回收速度必须慢一些,不过这将增加涂料时间。
最简单的涂布方法就是在中心处滴一滴。因为涂料头不移动,所以采用更高的流速可以提高涂料的速度,并且可以使针尖和基板之间保持相对大的距离。针尖只需要在这流程最后收回即可。但是这种方法易使装配件中产生气泡,并且不能用于大圆片,因为焊料无法到达边缘处的凸块。
当然可以设计其他方法,例如“区域填充”法。这种方式可能会需要涂料头走过一条较长的路径,但是会得到更好的涂布效果。涂料头同样只需要在最后抬起来即可。用其他方法——如交叉法,“x”形法,或者星状涂布法,总路径可以更短,但是当使用在喷嘴收回时易于形成尾巴的焊料时,所能节省时间就要打一个折扣了,因为它们的收针速度必须变减慢。
但是区域填充法不能用于大圆片,因为材料容易涂的太薄并且收缩成更加紧密的形态。薄膜甚至可能破碎成小片,结果造成更大的气泡。
其他的方法同样可能形成大的气泡。图1就显示了一个500 mil(14毫米)suqare的硅片中的气泡。这种涂布方式结合了小区域填充法和交叉法,最后使x的臂部一直延伸到圆片的边沿处。这种方法产生了几种没有气泡的组装件,但某些情况下薄膜会破裂而形成很大的气泡。另一方面,当一团单独焊料被涂布到靠近中心的位置时,即使用量再多,也无法达到到边缘处的凸块,因此也就不能很好的焊接。
•贴装
当硅片被贴装到基板上时,最先和其中心区域附近下方的密封剂连接。随着硅片向下移动,下面的焊剂液体将被挤出去。随着焊剂的移动,当焊剂填充焊锡掩模空隙时将渡过或穿过焊锡凸块,印制线路板(pcb)印记以及其他一些表面物体。这一过程或多或少将沿着顺流的方向产生一些气泡,特别是在凸块背向焊剂流动的方向。
图2 显示了凸块附近的气泡;这是一张硅片放在光滑玻璃平面上的俯视图。这些颗粒状的表面图像是由密封装剂中的固体颗粒引起的,它们要在更高的温度下才能熔解。位于中心凸块附近的气泡(呈三角形分布)和凸块本身的尺寸相当;其大小可以用周围凸块的线长来估算,大约等于10mil(0.254mm)。周围的凸块边缘有类似相互分离的气泡,我们能看到它们从圆角中上升(图片上比较模
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