倒裝晶片的組裝的助焊劑工藝

助焊劑工藝在倒裝晶片裝配工藝中非常重要。助焊劑不僅要在焊接過程中提供其化學性能以驅(qū)除氧化物和油污 ，潤濕焊接面，提高可焊性，同時需要起到黏接劑的作用。在元件貼裝過程中和回流焊接之前黏住元件，使其固 定在基板的貼裝位置上。此類阻焊劑相比于其他普通的助焊劑有更高的黏度，它需要提供足夠的黏力來保證晶片 在傳輸過程中及回流焊接爐中不發(fā)生移動。

我們之所以選擇助焊劑而非錫膏，是因為超細間距的錫膏印刷會有很大的“橋連”風險；同時考慮到混合裝配 工藝的兼容性，免洗型助焊劑是一個比較好的替代方案。

如何選擇合適的助焊劑及其量的控制是該工藝的關(guān)鍵。不同的助焊劑的潤濕能力，黏度及與其他材料的兼容性 會不一樣。助焊劑量的多少會影響到焊接完成后其在基板上的殘留量，而助焊劑的殘留量會影響后面的底部填充 工藝及產(chǎn)品的長期可靠性。由于晶片與基板之間的間隙非常小，要清除晶片底下殘留的助焊劑非常困難，所以， 需要選擇低殘留免清洗的助焊劑。

（l）助焊劑的黏性和應(yīng)用方式

助焊劑是非牛頓流體，它的黏度會隨環(huán)境溫度、剪切應(yīng)力及剪切速度而變化。黏度的國際單位為帕斯卡·秒（ Pa·s），常見的單位有泊（P）、厘泊（cP）、斯托克斯（St）、厘斯托克斯（cSt）等，它們的換算關(guān)系如表1 所示。助焊劑的應(yīng)用方式一般有噴涂、針傳輸、利用各種閥點涂、浸蘸和刷涂、應(yīng)用方式和黏度相關(guān)，一般適合 浸蘸的助焊劑的黏度在4 000～10 000 cP，I/0數(shù)多及大的晶片要求助焊劑的黏度要低些，或者這時需要特殊的 吸嘴夾持。而采用點涂或噴涂方式的助焊劑黏度較之要低，因其含固體成分的百分比要低，所以回流焊接后焊點 周圍的助焊劑殘留量要少。一些助焊劑的特性及應(yīng)用方式如表2所示。

表1 黏度單位換算關(guān)系

表2 一些助焊劑特性及應(yīng)用方式

（2）助焊劑的潤濕能力

助焊劑必須有足夠的潤濕能力保證可焊性。不同的助焊劑潤濕能力不太一樣，受影響于其活性、回流焊接的環(huán) 境、焊接材料、焊盤的表面處理方式、焊接表面的氧化程度和焊接面的大小。有的助焊劑只能適合在惰性環(huán)境里 焊接，雨有些助焊劑既可以應(yīng)用在空氣環(huán)境中，又可以應(yīng)用在惰性焊接環(huán)境中。

我們可以通過實驗來評估助焊劑的潤濕能力。將蘸有助焊劑的元件貼在氧化程度不一樣的銅板上，回流焊接后 ，量測焊料在銅板上鋪開的面積就可以評估不同助焊劑的潤濕能力了。在銅板上焊料鋪開面積越大，說明可焊性 越好。

不同的助焊劑，不同厚度和不同的焊盤氧化程度，潤濕能力的測試如圖1所示。需要注意的是：如上所述，可 焊性會受回流焊接環(huán)境和焊盤表面處理等因素的影響，此測試方法可以為我們提供一種參考。

圖1 不同厚度的幾種助焊劑對不同氧化程度焊盤潤濕能力

在實際生產(chǎn)條件下，SnPb焊球蘸取Multicore MP200，KesterTAC23幾種助焊劑，在空氣回流焊接環(huán)境中獲得了 比較好的焊接效果，如圖2所示.

　圖2 焊接效果圖

我們來比較在氮氣回流環(huán)境和空氣中回流焊接的效果。同樣采用SnPb元件，焊接在OSP表面處理的焊盤上，結(jié)果 是惰性回流環(huán)境中焊接效果要好，錫鉛的焊接性能比無鉛焊好，尤其是在無鉛焊接工藝中，必須要使用氮氣焊接 環(huán)境，并且控制氧氣濃度在50 PPM。如圖3所示。

　圖3 焊接性能比較

在采用不同表面處理方式的焊盤上的焊接性能也會不一樣，鎳金（Ni/Au）焊盤和浸銀（ImmAg）焊盤可焊性要 比OSP的焊盤好；較小的焊盤相對大的焊盤其可焊性或助焊劑在其表面的潤濕能力要強。如圖4和圖5所示。

圖4 SnPb焊球焊接在OSP與Ni/Au焊盤上，氮氣回流環(huán)境

　圖5 SnPb焊球焊接在OSP與Ni/Au焊盤上，氮氣回流環(huán)境

（3）助焊劑浸蘸工藝控制

我們需要控制助焊劑薄膜的厚度和浸蘸的過程。由于元件焊球的大小差異，需要設(shè)置恰當?shù)谋∧ず穸?，以保證 所有的焊球都需要蘸到足夠的助焊劑量。蘸的助焊劑太少，則元件在基板上的保持力不夠，容易在傳輸過程中移 動；如果蘸的量太多，則回流焊接完之后助焊劑殘留會過多，影響后面的底部填充和產(chǎn)品的可靠性，有時會出現(xiàn) 助焊劑短路，這對于后面的熱操作是不安全的c同時，薄膜厚度過厚，元件在浸蘸過程中可能會被粘在助焊劑里 。那么，多厚的助焊劑算是恰當?shù)暮穸饶兀恳笾竸┍∧さ膶嶋H厚度是焊球高度的一半左右。一般量測的實際 厚度為設(shè)定的理論厚度的40％可以接受，但是薄膜厚度必須均勻穩(wěn)定。如圖6所示。

圖6 助焊劑浸蘸工藝控制

浸蘸過程中需要控制的參數(shù)有：往下浸蘸的加速度、壓力、停留時間、浸蘸完成后往上加速度，以及助焊劑應(yīng) 用單元活動部分來回運動的頻率。當然，這些參數(shù)和所選用的助焊劑特性有關(guān)。貼片頭拾取元件在往下浸蘸過程 中要減速，避免對元件的沖擊而導致晶片破裂或焊球變形。浸蘸時的壓力要小于500 g，太大的壓力會將元件壓 碎或?qū)е潞盖蜃冃?。元件下到底后停留的時間與助焊劑的特性相關(guān)，助焊劑通過毛細作用會爬上焊球。停留時間 太長，元件會被助焊劑粘住而取不起來。浸蘸壓力過大或時間過長都會導致助焊劑過量，圖7所示是助焊劑過多 ，焊接后助焊劑仍殘留在元件和基板上。如果浸蘸完后往上的加速度太大，也會有沖擊，導致元件會被粘在助焊 劑中。適當調(diào)節(jié)助焊劑應(yīng)用單元活動部分的往復頻率，以及時補充助焊劑。一般助焊劑在溫度25℃相對濕度85％ 的工作條件下其工作壽命是8h，超出8 h需要更換新的助焊劑。如圖7所示。

圖7 助焊劑殘留過多

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