倒裝晶片的非流動(dòng)性底部填充工藝

非流動(dòng)性底部填充工藝流程如圖1所示，其特點(diǎn)是將底部填充材料在晶片貼裝之前點(diǎn)涂在基板上，然后 在其上貼裝元件，在回流焊接爐內(nèi)同時(shí)完成焊接和填料固化。

圖1 非流動(dòng)性底部填充工藝流程圖

非流動(dòng)底部填充工藝與傳統(tǒng)底部填充工藝相比的優(yōu)點(diǎn)是：

·取消了底部填充工藝，使點(diǎn)膠設(shè)備變得簡(jiǎn)單，無須精確的點(diǎn)膠位置控制，點(diǎn)膠設(shè)備無須加熱和溫度控制 系統(tǒng)。

·移除了助焊劑工藝，降低了循環(huán)時(shí)間，提高了產(chǎn)能。

·焊點(diǎn)被膠水完全包圍與空氣隔絕，回流焊接環(huán)境中不需要氮?dú)狻?/P>

·無須考慮助焊劑與膠水的兼容性問題。

但是該工藝也有其局限性，表現(xiàn)在：

·工藝步驟和傳統(tǒng)工藝一樣多，都需要點(diǎn)膠。

·在貼裝過程中，會(huì)在填料中產(chǎn)生氣泡和空洞，特別是大的陣列元件容易產(chǎn)生氣泡。

·此類填充材料由于沒有填料顆粒，熱膨脹系數(shù)CTE大，60～120 PPM/℃，在熱循環(huán)測(cè)試中表現(xiàn)出較低的 可靠性。

·由于液態(tài)填料的特性，元件會(huì)受到浮力的作用，在大元件上表現(xiàn)更明顯，在貼裝過程中要求降低貼裝速 度。

·由于要求焊接必須在膠水固化之前完成，而導(dǎo)致回流焊接工藝窗口變小，實(shí)際操作起來難度較大，良品 率有時(shí)低過50％。

由于沒有應(yīng)用助焊劑，要求非流動(dòng)性的底部填充材料能夠代替助焊劑的功能，對(duì)焊接面有良好的潤(rùn)濕效果。其固化溫度曲線和一般的SMT焊接溫度曲線要有良好的兼容性，以獲得較寬的工藝窗 口。材料選擇不好，工藝控制不當(dāng)，往往會(huì)出現(xiàn)填料不能完全圃化，或電氣開路等問題。

工藝控制重點(diǎn)：

膠量的計(jì)算和控制和上面所介紹的底部填充工藝一樣，膠點(diǎn)的形狀是點(diǎn)膠工藝控制的重點(diǎn)之一。膠點(diǎn)的形 狀有多種，如點(diǎn)型、單線、交叉線或星型和整區(qū)域點(diǎn)涂等，主要根據(jù)倒裝晶片的尺寸大小、形狀及焊球的布 局而定。點(diǎn)型主要應(yīng)用于小元件的裝配，將膠點(diǎn)涂在元件位置的中間。單線則適合較小的方型元件，而交叉 線或星型則適合較大的元件，以供給足夠的填料到四角焊球，如圖2所示。膠點(diǎn)形狀不恰當(dāng)會(huì)帶來氣泡，或 者填料流動(dòng)不充分。

圖2 膠點(diǎn)形狀圖

貼裝過程也需要仔細(xì)控制，此時(shí)要求使用較低的貼裝速度，讓填料潤(rùn)濕焊球，焊球接觸焊盤后需要保持30 ～50 ms，讓填料自動(dòng)爬至倒裝晶片四側(cè)，這樣元件被膠水“拉”住在貼裝位置而不致漂浮在膠水上發(fā)生移 動(dòng)。貼裝的壓力控制在150～3009。在此貼裝過程中會(huì)不可避免地帶進(jìn)氣泡，這是因?yàn)橐后w填料表面張力的 作用，在焊球接觸填料到其接觸焊盤過程中，焊球不能被完全潤(rùn)濕，以至在其周圍有空氣的存在而最終被封 入填料中，如圖3所示，但此類氣泡往往在回流焊接過程中消失。

圖3 氣泡在貼裝過程中被封入

我們可以用玻璃片觀察到貼裝過程帶入的氣泡。將膠水點(diǎn)涂在玻璃片上，然后將玻璃片防災(zāi)基板上，利用 貼片機(jī)自動(dòng)貼裝元件在玻璃片上，取下玻璃片，將其連同元件一起翻轉(zhuǎn)過來，放在顯微鏡下可以觀察到焊球 周圍的氣泡，如圖4所示。

圖4 用玻璃片觀察到焊球周圍的氣泡

在加熱溫度155℃時(shí)隨著加熱時(shí)間的延長(zhǎng)，此類氣泡會(huì)逐漸消失，如圖5所示。

圖5 155℃溫度下加熱35 s氣泡消失

回流焊接及圃化過程是另一需要控制的重點(diǎn)。在同一回流焊接爐內(nèi)，必須先完成焊接，然后膠水才能固化 。由于在焊接過程中，元件離板高度有一定程度的降低，所以膠水此時(shí)要能夠流動(dòng)。

一般膠水的固化溫度在165℃左右，固化時(shí)間為5～30 min，對(duì)于固化時(shí)間要求比較長(zhǎng)的材料，在過完回流 爐之后還需要再次加熱，保證填料完全固化。在選擇非流動(dòng)性底部填充材料時(shí)，要充分考慮其固化溫度曲線 和焊接溫度曲線兼容性的問題，助焊劑活化溫度和回流焊接溫度高的溫度曲線與固化溫度低或固化時(shí)間短的 溫度曲線兼容性就差，此時(shí)工藝窗口很窄，要獲得滿意的裝配良率會(huì)比較困難。那么，該如何獲得我們所需 要的溫度曲線昵？可以通過以下步驟來優(yōu)化焊接及固化溫度曲線（如圖6和圖7所示）：

①板上元件全部裝配，然后取得感興趣元件的溫度曲線，這就是你的參考基準(zhǔn)曲線；

②只貼裝倒裝晶片，取得溫度曲線，這是溫度高的曲線；

③將基線的每個(gè)溫區(qū)溫度下降5℃得到溫度最低的曲線；

④在參考基準(zhǔn)曲線和高溫曲線間設(shè)置一溫度曲線，在參考基準(zhǔn)曲線和低溫曲線間設(shè)置一溫度曲線；

⑤用以上每種溫度曲線組裝樣品，以電氣測(cè)試、X射線儀、聲波掃描儀和切片等方法檢查是否有焊點(diǎn)畸形、 開路、冷焊、橋連及氣泡等；

⑥選擇焊接及固化效果最好的一種溫度設(shè)置。

使用溫度最低的曲線時(shí)要留意填料是否固化，可以使用聲波掃描和切片檢查元件底部填料中是否有“空洞”存在 并有蔓延的微裂紋。

　圖6 通過高溫曲線，標(biāo)準(zhǔn)曲線及低溫曲線來優(yōu)化焊接及固化溫度設(shè)置

圖7 在回流爐中焊球完全熔化并潤(rùn)濕焊盤，在此過程完成之前填料仍然可以流動(dòng)

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