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倒装芯片制造过程中非流动型底部填充剂的

发布时间:2007/8/28 0:00:00 访问次数:448

贴片前涂敷非流动型底部填充剂,既消除了免清洗焊剂残留物所带来的可靠性问题,又减少甚至根除了密封剂的固化时间,提高了生产效率。当然,为实现其优质工艺,必须对底充胶涂敷、贴片以及组件再流焊等因素予以认真考虑。

传统倒装芯片组装,或者在贴片之前在基板上涂敷液态焊剂,或者把凸点浸在薄层焊剂里,然后对组件再流焊,并采用适当的密封剂对芯片进行底部填充。

在芯片与基板间毛细作用力对密封剂的拉扯作用下,免清洗焊剂残留物会削弱密封剂的润湿与流动性能。同时这类残留物还会对封装可靠性产生负面影响。另外,必须对密封剂进行固化,但这显然将降低生产效率。

贴片前涂敷非流动型合成焊剂和底充胶,既消除了免清洗焊剂残留物所带来的可靠性问题,又减少甚至根除了密封剂的固化时间,提高了生产效率。较之传统毛细管流动型底充材料,由于典型的非流动型底充胶与焊点之间的热膨胀系数(CTE)较高而致失谐,其热循环测试性能较差,但制造商们已经在这方面有了快速进展。如制造商们所提供的此类产品,其性能大大改善,超过了直到2001年仍广泛应用的传统底充胶产品。

当然,为实现优质的非流动型底部填充工艺,必须对底充胶涂敷、贴片以及组件再流焊等因素予以认真考虑。

*涂敷必须覆盖形成电气接点的区域,避免在底充胶中形成多余空隙。

*贴片力量必须足以将底充胶挤出,以保证焊料球与基板焊盘间形成良好接触。

*必须对再流焊温度曲线进行优化,以确保底充胶固化前焊球得到再流,避免底充胶暴露于非正常的温度下。

为此,有一家公司的SMT实验室采用各知名厂商提供的非流动型底充胶材料制造了多块倒装芯片组件,以检验其工艺问题,并提出优化参数。研究人员把各种组件横向截断,采用X-射线显微镜对焊接和底充胶的挤压情况进行分析,同时采用扫描声学显微镜对芯片与基板间的空隙和分层情况进行检查。

涂敷

涂敷过程要求形成体积、形貌适当的单一材料液滴,以保证所有凸点在再流焊过程中得以熔化,从而形成良好的焊角。同时,涂敷过程中形成的空隙要尽可能少,尽可能小。在设计涂敷工艺时,应注意根据密封剂的粘性优化设置。其中包括涂敷喷嘴与电路板间的距离。间隙不够可能会妨碍材料流出喷嘴,造成密封剂的实际涂敷量低于其理论计算值。这一问题对于高粘性材料尤为突出。

另一个与材料粘性相关的问题足,当喷嘴针后退时,粘性液体材料会形成“尾巴”。于是,若在“残留液尾巴”断开前移动喷嘴针,就可能使得部分密封剂掉落在电路板的其他区域。解决这一问题的方法是增加粘性液体涂敷过程中喷嘴的后退距离并降低其后退速度,但这无疑会增加加工周期时间。

最简便的涂敷方式足在涂敷点中心位置进行单液滴滴涂。采用此法时涂敷喷头可保持不动,液体流速也得到了提高从而了保证了加工效率,喷嘴尖端可与基板保持相当的距离。同时,喷嘴针只需在每阶段结束时后退一次。但此法可能造成组件空隙,而且,由于底充材料无法到达边沿凸点,根本无法适用于大型芯片的涂敷上。

还有其他一些涂敷方式,如“区域填充”法,要求涂敷喷头后退较长的距离,但其优点在于有助于材料良好的扩散。这种方式涂敷喷头也只在涂敷过程结束时抬起一次。十字型、“X”型、星号型等方式,缩短了喷嘴的运动距离,可节省加工时间,但在使用那些可能在喷嘴后退过程中容易形成“残留尾巴”的材料时,必须将喷嘴的后退速度设置在较低值,又把节省的时间抵消了。

区域填充方式同样不适用于大型芯片,因为这种方式涂敷的材料很可能扩散得过于稀薄,并收缩回更为紧凑的形貌。涂层有时甚至会分裂为小碎块,很可能产生较大的空隙。

其他涂敷方式也可能产生较大的空隙。图1所示为550密耳(14mm)见方的芯片下方空隙的分布情况。涂敷采用了小范围填充以及十字型和X型涂敷相混合的方式。这种涂敷方式虽然保证部分组装件内部无空隙产生,但仍可能出现断裂,形成较大的空隙。另外,当单滴液体材料被涂敷在涂敷点中心附近时,材料将无法到达靠近边沿的凸点,进而造成其无法焊接,即使增加液体涂敷量,这种情况也难以改变。
                    
贴片

当芯片被置放在基板时,首先接触到靠近中心区域的密封剂。随着其进一步向下移动,芯片将对液体形成向外的挤压作用。随着液体流动,密封剂必然绕过或淹没焊膏凸点、印刷电路板迹线及其他特征区域,进而填充阻焊层开口。这一过程会产生并诱集气泡,在凸点后面,多少有些顺流的方向上表现尤为突出。

图2为凸点附近气泡的分布情况;芯片被置放在玻璃基片上,从基片底部进行观察。图片所呈现的颗粒状外观源于密封剂内部的固态微粒,其在高温下可溶解。图片显示,靠近中心凸点(以

贴片前涂敷非流动型底部填充剂,既消除了免清洗焊剂残留物所带来的可靠性问题,又减少甚至根除了密封剂的固化时间,提高了生产效率。当然,为实现其优质工艺,必须对底充胶涂敷、贴片以及组件再流焊等因素予以认真考虑。

传统倒装芯片组装,或者在贴片之前在基板上涂敷液态焊剂,或者把凸点浸在薄层焊剂里,然后对组件再流焊,并采用适当的密封剂对芯片进行底部填充。

在芯片与基板间毛细作用力对密封剂的拉扯作用下,免清洗焊剂残留物会削弱密封剂的润湿与流动性能。同时这类残留物还会对封装可靠性产生负面影响。另外,必须对密封剂进行固化,但这显然将降低生产效率。

贴片前涂敷非流动型合成焊剂和底充胶,既消除了免清洗焊剂残留物所带来的可靠性问题,又减少甚至根除了密封剂的固化时间,提高了生产效率。较之传统毛细管流动型底充材料,由于典型的非流动型底充胶与焊点之间的热膨胀系数(CTE)较高而致失谐,其热循环测试性能较差,但制造商们已经在这方面有了快速进展。如制造商们所提供的此类产品,其性能大大改善,超过了直到2001年仍广泛应用的传统底充胶产品。

当然,为实现优质的非流动型底部填充工艺,必须对底充胶涂敷、贴片以及组件再流焊等因素予以认真考虑。

*涂敷必须覆盖形成电气接点的区域,避免在底充胶中形成多余空隙。

*贴片力量必须足以将底充胶挤出,以保证焊料球与基板焊盘间形成良好接触。

*必须对再流焊温度曲线进行优化,以确保底充胶固化前焊球得到再流,避免底充胶暴露于非正常的温度下。

为此,有一家公司的SMT实验室采用各知名厂商提供的非流动型底充胶材料制造了多块倒装芯片组件,以检验其工艺问题,并提出优化参数。研究人员把各种组件横向截断,采用X-射线显微镜对焊接和底充胶的挤压情况进行分析,同时采用扫描声学显微镜对芯片与基板间的空隙和分层情况进行检查。

涂敷

涂敷过程要求形成体积、形貌适当的单一材料液滴,以保证所有凸点在再流焊过程中得以熔化,从而形成良好的焊角。同时,涂敷过程中形成的空隙要尽可能少,尽可能小。在设计涂敷工艺时,应注意根据密封剂的粘性优化设置。其中包括涂敷喷嘴与电路板间的距离。间隙不够可能会妨碍材料流出喷嘴,造成密封剂的实际涂敷量低于其理论计算值。这一问题对于高粘性材料尤为突出。

另一个与材料粘性相关的问题足,当喷嘴针后退时,粘性液体材料会形成“尾巴”。于是,若在“残留液尾巴”断开前移动喷嘴针,就可能使得部分密封剂掉落在电路板的其他区域。解决这一问题的方法是增加粘性液体涂敷过程中喷嘴的后退距离并降低其后退速度,但这无疑会增加加工周期时间。

最简便的涂敷方式足在涂敷点中心位置进行单液滴滴涂。采用此法时涂敷喷头可保持不动,液体流速也得到了提高从而了保证了加工效率,喷嘴尖端可与基板保持相当的距离。同时,喷嘴针只需在每阶段结束时后退一次。但此法可能造成组件空隙,而且,由于底充材料无法到达边沿凸点,根本无法适用于大型芯片的涂敷上。

还有其他一些涂敷方式,如“区域填充”法,要求涂敷喷头后退较长的距离,但其优点在于有助于材料良好的扩散。这种方式涂敷喷头也只在涂敷过程结束时抬起一次。十字型、“X”型、星号型等方式,缩短了喷嘴的运动距离,可节省加工时间,但在使用那些可能在喷嘴后退过程中容易形成“残留尾巴”的材料时,必须将喷嘴的后退速度设置在较低值,又把节省的时间抵消了。

区域填充方式同样不适用于大型芯片,因为这种方式涂敷的材料很可能扩散得过于稀薄,并收缩回更为紧凑的形貌。涂层有时甚至会分裂为小碎块,很可能产生较大的空隙。

其他涂敷方式也可能产生较大的空隙。图1所示为550密耳(14mm)见方的芯片下方空隙的分布情况。涂敷采用了小范围填充以及十字型和X型涂敷相混合的方式。这种涂敷方式虽然保证部分组装件内部无空隙产生,但仍可能出现断裂,形成较大的空隙。另外,当单滴液体材料被涂敷在涂敷点中心附近时,材料将无法到达靠近边沿的凸点,进而造成其无法焊接,即使增加液体涂敷量,这种情况也难以改变。
                    
贴片

当芯片被置放在基板时,首先接触到靠近中心区域的密封剂。随着其进一步向下移动,芯片将对液体形成向外的挤压作用。随着液体流动,密封剂必然绕过或淹没焊膏凸点、印刷电路板迹线及其他特征区域,进而填充阻焊层开口。这一过程会产生并诱集气泡,在凸点后面,多少有些顺流的方向上表现尤为突出。

图2为凸点附近气泡的分布情况;芯片被置放在玻璃基片上,从基片底部进行观察。图片所呈现的颗粒状外观源于密封剂内部的固态微粒,其在高温下可溶解。图片显示,靠近中心凸点(以

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