倒裝芯片的底部填充工藝

隨著新型基底材料的出現(xiàn)，倒裝芯片技術(shù)面臨著新的挑戰(zhàn)，工程師們必須解決裸片和基底間熱脹系數(shù)的不同引起的問題，以避免在熱循環(huán)中接頭邊緣的破裂。
????在各種先進(jìn)的芯片粘接封裝技術(shù)中，倒裝芯片技術(shù)較適用于傳呼機(jī)等小型電子產(chǎn)品、隨著裸片尺寸的增加，以及在倒裝芯片貼裝中采用非陶瓷新型材料作為基底，沿用了20年的傳統(tǒng)技術(shù)面臨著新的挑戰(zhàn)。其中最主要的問題是裸　片與基底間熱膨脹系數(shù)（TCE）的不同。
在先進(jìn)的倒裝芯片產(chǎn)品中，多數(shù)底部填充材料都具有最佳流動(dòng)性、最小熱膨脹系數(shù)。目前的固化時(shí)間約30分鐘。通常的底訓(xùn)填充材料粘度較低，以便于流入裸片的下方。因此貯存溫度最好恒定在30℃。
????當(dāng)機(jī)器內(nèi)部溫度高于30℃時(shí)，應(yīng)將閥體、容器及注射器進(jìn)行冷卻。底部填充材料的流動(dòng)與成型不僅受其自身溫度的影響，同時(shí)還受著基底材料與裸片的溫度影響。
????將底部填充材料涂敷于基底上時(shí)，基底表面和裸片的溫度應(yīng)為70℃-90℃,這樣會(huì)從裸片下方和基底表面產(chǎn)生向上的氣流。這種表面的撩撥可減少在裸片底部產(chǎn)生填充氣泡，避免涂料在長(zhǎng)期使用中失效，同時(shí)可確保填充材料在裸片下方的適量填充。溫度的不同或不均會(huì)導(dǎo)致非線性填充，從而使空氣內(nèi)陷形成氣泡。
????因此必須采用閉環(huán)系統(tǒng)對(duì)基底溫度進(jìn)行控制，對(duì)于非接觸式系統(tǒng)，溫控精度應(yīng)至少在±2℃；而對(duì)于在基底下采用加熱真空夾盤的接觸式系統(tǒng)則應(yīng)高于±2℃。在進(jìn)入涂敷區(qū)前，基底應(yīng)再加熱以達(dá)到所要求的溫度，因此還必須增加一個(gè)預(yù)熱階段。在涂敷階段，另外一個(gè)加熱裝置用于保持基板與裸片的溫度。在第三階段（這是一個(gè)根據(jù)具體情況而選擇的階段），可用于在進(jìn)入固化爐前協(xié)助填充材料正確流動(dòng)或略微的凝固。
????接觸式與非接觸式加熱系統(tǒng)的選擇十分簡(jiǎn)單，只需通過選擇靈活的加工方式或?qū)Ｓ玫募庸し绞郊纯?。?duì)于薄膜基底，只能選擇接觸式加熱裝置，該裝置采用真空加熱夾盤，在預(yù)熱、保持和回流三個(gè)階段在對(duì)薄膜基底進(jìn)行加熱。而在采用AUER拖板或其它專用傳輸工具以及引線框的場(chǎng)合，接觸式加熱系統(tǒng)是最好的方法。接觸式加熱溫度分布比較均勻。
????例如：倒裝芯片可能有多種尺寸，從3mm2至12mm2甚至20mm2。如果采用專用工具，用一套工具即可對(duì)各種元件進(jìn)行處理。接觸加熱的唯一個(gè)缺點(diǎn)是生產(chǎn)靈活性差，但由于其升溫速度快、溫度均勻，因此用10分鐘來變換生產(chǎn)工具也就微不足道了。
????在用標(biāo)準(zhǔn)的FR4 PCB作為基底時(shí)，例如用于承包式封裝的倒裝芯片底部填充，在這種封裝中板子尺寸會(huì)變化很大。此時(shí)，使用非接觸式加熱較好。
????盡管此時(shí)溫度上升速度與溫度均勻性不可兼顧，然而，基底尺寸可隨要求變化而不會(huì)導(dǎo)致生產(chǎn)的停止，這一點(diǎn)對(duì)轉(zhuǎn)包商來說又是明顯的優(yōu)點(diǎn)。隨著倒裝芯片技術(shù)在主流電子工業(yè)中應(yīng)用越來越廣泛，制造商應(yīng)該能提供靈活的非接觸式加熱系統(tǒng)。

旋轉(zhuǎn)閥技術(shù)
????旋轉(zhuǎn)正向位移閥可進(jìn)行精確度高、重復(fù)性好的底部填充。例如。 Speedline　CAMALOT公司的680系列閥可進(jìn)行低粘度底部填充材料的涂敷，同時(shí)其正向材料關(guān)閉閥可封閉針頭，
防止拖滴。
????該閥帶有由軟件驅(qū)動(dòng)的閉環(huán)電機(jī)控制器，即使填充材料的比重不穩(wěn)定也可監(jiān)視并自動(dòng)控制涂敷量。這一體積測(cè)量系統(tǒng)(VMS)可選配在Speedline　CAMALOT倒裝芯片底部填充或封裝涂敷系統(tǒng)上。
????另外一項(xiàng)技術(shù)能使閥準(zhǔn)確定位于裸片上方(定位水平軸x-y)并測(cè)量出高度(z軸)以確保閥體定位準(zhǔn)確。
????預(yù)備步驟是為了使針頭盡量接近裸片邊緣，防止對(duì)裸片周邊造成污染。同時(shí)還需讓針頭正好略低于棵片的下表面，以確保涂敷足夠的粘合劑。只要針頭足夠接近裸片的邊緣且高度合適，沿裸片邊緣所涂敷的粘合劑便會(huì)快速均勻地流入底面(圖1）。

工藝控制
????工藝性能，或者是CpK,已在多數(shù)用戶工藝要求中成為一個(gè)重要特性，制造商也努力控制廢料以提高產(chǎn)能和利潤(rùn)。盡管底部填充是一種可控工藝流程，但是用傳統(tǒng)的泵涂技術(shù)還達(dá)不到其精度。
????不過，隨著新方式的出現(xiàn)，Speedline CAMALOT的正向位移活塞泵涂敷系統(tǒng)已經(jīng)能夠滿足甚至超過這種重復(fù)性要求，使得器件制造商對(duì)倒裝芯片底部填充工藝能夠進(jìn)行嚴(yán)格的控制。
????CAMALOT的這一新技術(shù)是采用一個(gè)加熱的多活塞泵產(chǎn)生出優(yōu)于±1％的重復(fù)精度而不需要再填充。自動(dòng)重量校正系統(tǒng)可以設(shè)置預(yù)定重量，并進(jìn)行精度高、重復(fù)性好的底部填充，如圖2所示。
????表面張力和加熱溫度是底部填充產(chǎn)生毛細(xì)現(xiàn)象的二個(gè)主要因素。底部。填充工藝的工作原理是在表面張力的協(xié)助下，用低于30℃的常規(guī)底部填充材料置換裸片下方的熱介質(zhì)。由于熱力及表面張力的驅(qū)動(dòng)，低部填充材料在被稱為“毛細(xì)現(xiàn)象”的作用下“爬入”裸片下的空間。
????對(duì)于較大的裸片，可能需要多條填充路徑，不同情況下，采用不同的涂敷模式。針頭沿邊緣移動(dòng)的方式與順序均會(huì)影響氣泡的產(chǎn)生。
????對(duì)小于3mm2的裸片，一條填充路徑即可。而對(duì)大于3mm2、小于6mm2，的芯片，可進(jìn)行雙面涂敷并采用“L”形路徑。“L”形路徑可用圖3中兩種不同的方法得到。另一個(gè)屢經(jīng)爭(zhēng)議的問題是：是否需要沿裸片的另外三側(cè)進(jìn)行涂敷?目前為止，人們還認(rèn)為另外三側(cè)的涂敷只起純粹的裝飾作用，是對(duì)材料與時(shí)間的浪費(fèi)。
????但是，最近的研究表明，如果不進(jìn)行這三側(cè)的徐敷，原涂敷面會(huì)形成大量的堆積，固化時(shí)裸片會(huì)受到不均勻應(yīng)力的作用，在一定情況下會(huì)將裸片掀起甚至破壞連接如圖4所示。
????倒裝芯片中實(shí)現(xiàn)成功的底部填充的關(guān)鍵因素包括基底和材料溫度的精確控制、涂敷閥和涂敷平臺(tái)的可重復(fù)性、體積控制、涂敷模式。隨著器件尺寸的小型化和產(chǎn)量的增加，這些因素的精確控制將變得更為重要，并且更符合客戶要求。