對(duì)完成底部填充以后產(chǎn)品的檢查有非破壞性檢查和破壞性檢查,非破壞性的檢查有:
·利用光學(xué)顯微鏡進(jìn)行外觀檢查,譬如,檢查填料在元件側(cè)面爬升的情況,是否形成良好的邊緣圓角,元件表面 是否有臟污等;
·利用X射線檢查儀檢查焊點(diǎn)是否短路、開(kāi)路、偏移,以及潤(rùn)濕情況,焊點(diǎn)內(nèi)是否出空洞等;
·電氣測(cè)試(導(dǎo)通測(cè)試),可以測(cè)試電氣聯(lián)結(jié)是否有問(wèn)題,對(duì)于一些采用菊花鏈設(shè)計(jì)的測(cè)試板,通過(guò)通短測(cè)試還 可以確定焊點(diǎn)失效的位置;
·利用超聲波掃描顯微鏡(C-SAM)檢查底部填充后其中是否有空洞,分層和流動(dòng)是否完整。
破壞性的檢查可以對(duì)焊點(diǎn)或底部填料進(jìn)行切片,結(jié)合光學(xué)顯微鏡、金相顯微鏡或電子掃描顯微鏡和能譜分析儀( SEM/EDX),檢查焊點(diǎn)的微觀結(jié)構(gòu),譬如,微裂紋/微孔、錫結(jié)晶、金屬間化合物(IMC)、焊接及潤(rùn)濕情況,底部 填充是否有空洞和裂紋,分層和流動(dòng)是否完整等。
完成回流焊接及底部填充工藝后的產(chǎn)品常見(jiàn)缺陷有:焊點(diǎn)橋連/開(kāi)路、焊點(diǎn)潤(rùn)濕不良、焊點(diǎn)空洞/氣泡、焊 點(diǎn)開(kāi)裂/脆裂、底部填料和晶片分層,以及晶片破裂等。對(duì)于底部填充是否完整和填料內(nèi)是否出現(xiàn)空洞,以 及裂紋和分層現(xiàn)象,需要超聲波掃描顯微鏡(C-SAM)或通過(guò)與晶片底面平行的切片(Hat Section)結(jié)合 顯微鏡才能觀察到,這給檢查此類缺陷增加了難度。
底部填充材料和晶片之間的分層往往發(fā)生在應(yīng)力最大的元件的4個(gè)角落處或填料與焊點(diǎn)的界面,如圖1、圖 2、圖3和圖4所示。
圖1 平行元件底面切片檢查到底部填料開(kāi)裂
圖2 利用超聲波掃描顯微鏡觀察到填料與晶片分層
圖3 平行元件底面切片檢查到底部填料空洞
圖4 應(yīng)力在晶片與密封材料界面的分布→在邊角處顯著集中
由于倒裝晶片的焊點(diǎn)很小,0.1 mm的焊球焊接完成后約為0.075 mm,往往其中一旦有空洞都會(huì)是比較大的 空洞,這會(huì)影響到焊點(diǎn)的機(jī)械連接強(qiáng)度、晶片的散熱以及產(chǎn)品的電氣性能,所以應(yīng)盡量避免焊點(diǎn)中大的空洞 。對(duì)于空洞的允收標(biāo)準(zhǔn)可以遵循IPC相關(guān)標(biāo)準(zhǔn),但是值得注意的是,需要觀察空洞在焊點(diǎn)中分布的位置,有 時(shí)會(huì)發(fā)現(xiàn)有連串的小空洞排列在焊接面與焊點(diǎn)本體的界面,或有些臨近焊點(diǎn)中應(yīng)力最大的位置如焊點(diǎn)的角落 處,這些空洞不一定超出IPC的規(guī)定,但由于其所處位置很容易導(dǎo)致裂紋迅速生長(zhǎng),導(dǎo)致焊點(diǎn)過(guò)早失效,所 以也應(yīng)該將其列為不良之列。
焊點(diǎn)內(nèi)空洞形成的原因有多種,歸納起來(lái)有以下幾種:
·助焊劑在回流過(guò)程中受高溫分解進(jìn)入焊點(diǎn):
·由于一部分助焊劑在回流焊接過(guò)程中揮發(fā),進(jìn)入焊點(diǎn)從而形成氣泡;
·在錫膏系統(tǒng)中,溶劑和添加劑在焊接過(guò)程中蒸發(fā)而形成氣泡;
·由于助焊劑與金屬焊盤、焊球及錫粉顆粒表面氧化層發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而使氣體進(jìn)入焊點(diǎn);
·PCB中的水汽蒸發(fā)參與了焊接過(guò)程當(dāng)中;
·焊接過(guò)程中液態(tài)焊料周圍中的空氣進(jìn)入到了焊點(diǎn)中:
·金屬焊盤受到有機(jī)物污染(如指印等),在焊接過(guò)程中分解進(jìn)入焊點(diǎn)。
了解造成各種缺陷的根本原因,有利于我們采取得當(dāng)?shù)拇胧﹣?lái)解決及預(yù)防各種可能出現(xiàn)的缺陷。表1列出 的是在倒裝晶片組裝工藝中常見(jiàn)的缺陷及原因分析,并針對(duì)各缺陷提出了改善措施,以方便工程技術(shù)人員在 工藝過(guò)程中快速有效地找出問(wèn)題的根本原因,幫助采取正確的解決或預(yù)防方法。
表1 常見(jiàn)缺陷及原因分析
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