在討論PCB板用倒裝芯片的組裝和裝配工藝流程之前,一定要了解什么器件被稱為倒裝芯片?一般來說,這類器件具備以下特點:
1.基材是硅;
2.電氣面及焊凸在器件下表面;
3.球間距一般為4-14mil、球徑為2.5-8mil、外形尺寸為1-27mm;
4.組裝在基板上后需要做底部填充。
其實,倒裝芯片之所以被稱為“倒裝”,是相對于傳統的金屬線鍵合連接方式(Wire Bonding)與植球后的工藝而言的。傳統的通過金屬線鍵合與基板連接的芯片電氣面朝上,而倒裝芯片的電氣面朝下,相當于將前者翻轉過來,故稱其為“倒裝芯片”。在圓片(Wafer) 上芯片植完球后,需要將其翻轉,送入貼片機,便于貼裝,也由于這一翻轉過程,而被稱為“倒裝芯片”。
一、PCB板用倒裝芯片的組裝工藝流程
在半導體后端組裝工廠中,現在有兩種模塊組裝方法。在兩次回流焊工藝中,先在單獨的SMT生產線上組裝SMT器件,該生產線由絲網印刷機、貼片機和第 一個回流焊爐組成。然后再通過第二條生產線處理部分組裝的模塊,該生產線由PCB板用倒裝芯片貼片機和回流焊爐組成。底部填充工藝在專用底部填充生產線中完成,或與PCB板用倒裝芯片生產線結合完成。
二、PCB板用倒裝芯片的裝配工藝流程介紹
相對于其它的IC器件,如BGA、CSP等,PCB板用倒裝芯片裝配工藝有其特殊性,該工藝引入了助焊劑工藝和底部填充工藝。因為助焊劑殘留物(對可靠性的影響)及橋連的危險,將PCB板用倒裝芯片貼裝于錫膏上不是一種可采用的裝配方法。業內推出了無需清潔的助焊劑,芯片浸蘸助焊劑工藝成為廣泛使用的助焊技術。目前主要的替代方法是使用免洗助焊劑,將器件浸蘸在助焊劑薄膜里讓器件焊球蘸取一定量的助焊劑,再將器件貼裝在基板上,然后回流焊接;或者將助焊劑預先施加在基板上,再貼裝器件與回流焊接。助焊劑在回流之前起到固定器件的作用,回流過程中起到潤濕焊接表面增強可焊性的作用。
PCB板用倒裝芯片焊接完成后,需要在器件底部和基板之間填充一種膠(一般為環氧樹酯材料)。底部填充分為于“毛細流動原理”的流動性和非流動性(No-follow)底部填充。
上述PCB板用倒裝芯片組裝工藝是針對C4器件(器件焊凸材料為SnPb、SnAg、SnCu或SnAgCu)而言。另外一種工藝是利用各向異性導電膠(ACF)來裝配PCB板用倒裝芯片。預先在基板上施加異性導電膠,貼片頭用較高壓力將器件貼裝在基板上,同時對器件加熱,使導電膠固化。該工藝要求貼片機具有非常高的精度,同時貼片頭具有大壓力及加熱功能。對于非C4器件(其焊凸材料為Au或其它)的裝配,趨向采用此工藝。這里,我們主要討論C4工藝,下表列出的是PCB板用倒裝芯片植球(Bumping)和在基板上連接的幾種方式。
倒裝PCB板用倒裝芯片幾何尺寸可以用一個“小”字來形容:焊球直徑小(小到0.05mm),焊球間距小(小到0.1mm),外形尺寸小(1mm2)。要獲得滿意的裝配良率,給貼裝設備及其工藝帶來了挑戰,隨著焊球直徑的縮小,貼裝精度要求越來越高,目前12μm甚至10μm的精度越來越常見。貼片設備照像機圖形處理能力也十分關鍵,小的球徑小的球間距需要更高像素的像機來處理。
隨著時間推移,高性能芯片的尺寸不斷增大,焊凸(Solder Bump)數量不斷提高,基板變得越來越薄,為了提高產品可靠性底部填充成為必須。