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倒装芯片工艺挑战SMT组装

2008年09月12日 ?? 收藏0

  20世纪90年代以来,移动电话、个人数字助手(PDA)、数码相机等消费类电子产品的体积越来越小,工作速度越来越快,智能化程度越来越高。这些日新月异的变化为电子封装与组装技术带来了许多挑战和机遇。材料、设备性能与工艺控制能力的改进使越来越多的EMS公司可以跳过标准的表面安装技术(SMT) 直接进入先进的组装技术领域,包括倒装芯片等。由于越来越多的产品设计需要不断减小体积,提高工作速度,增加功能,因此可以预计,倒装芯片技术的应用范围将不断扩大,最终会取代SMT当前的地位,成为一种标准的封装技术。

  多年以来,半导体封装公司与EMS公司一直在携手合作,在发挥各自特长的同时又参与对方领域的技术业务,力争使自己的技术能力更加完善和全面。在半导体工业需求日益增加的环境下,越来越多的公司开始提供\"完整的解决方案\"。这种趋同性是人们所期望看到的,但同时双方都会面临一定的挑战。

  例如,以倒装芯片BGA或系统封装模块为例,随着采用先进技术制造而成的产品的类型由板组装方式向元件组装方式的转变,以往似乎不太重要的诸多因素都将发挥至关重要的作用。互连应力不同了,材料的不兼容性增加了,工艺流程也不一样了。不论你的新产品类型是否需要倒装芯片技术,不论你是否认为采用倒装芯片的时间合适与否,理解倒装芯片技术所存在的诸多挑战都是十分重要的。

  2 倒装芯片技术

  \"倒装芯片技术\",这一名词包括许多不同的方法。每一种方法都有许多不同之处,且应用也有所不同。例如,就电路板或基板类型的选择而言,无论它是有机材料、陶瓷材料还是柔性材料,都决定着组装材料(凸点类型、焊剂、底部填充材料等)的选择,而且在一定程度上还决定着所需设备的选择。在目前的情况下,每个公司都必须决定采用哪一种技术,选购哪一类工艺部件,为满足未来产品的需要进行哪一些研究与开发,同时还需要考虑如何将资本投资和运作成本降至最低额。

  在SMT环境中最常用、最合适的方法是焊膏倒装芯片组装工艺。即使如此,为了确保可制造性、可靠性并达到成本目标也应考虑到该技术的许多变化。目前广泛采用的倒装芯片方法主要是根据互连结构而确定的。如,柔顺凸点技术的实现要采用镀金的导电聚合物或聚合物/弹性体凸点。

  焊柱凸点技术的实现要采用焊球键合(主要采用金线)或电镀技术,然后用导电的各向同性粘接剂完成组装。工艺中不能对集成电路(1C)键合点造成影响。在这种情况下就需要使用各向异性导电膜。焊膏凸点技术包括蒸发、电镀、化学镀、模版印刷、喷注等。因此,互连的选择就决定了所需的键合技术。通常,可选择的键合技术主要包括:再流键合、热超声键合、热压键合和瞬态液相键合等。

  上述各种技术都有利也有弊,通常都受应用而驱动。但就标准SMT工艺使用而言,焊膏倒装芯片组装工艺是最常见的,且已证明完全适合SMT。

  3 焊膏倒装芯片组装技术  传统的焊膏倒装芯片组装工艺流程包括:涂焊剂、布芯片、焊膏再流与底部填充等。但为了桷保成功而可靠的倒装芯片组装还必须注意其它事项。通常,成功始于设计。

  首要的设计考虑包括焊料凸点和下凸点结构,其目的是将互连和IC键合点上的应力降至最低。如果互连设计适当的话,已知的可靠性模型可预测出焊膏上将要出现的问题。对IC键合点结构、钝化、聚酰亚胺开口以及下凸点治金(UBM)结构进行合理的设计即可实现这一目的。钝化开口的设计必须达到下列目的:降低电流密度;减小集中应力的面积;提高电迁移的寿命;最大限度地增大UBM和焊料凸点的断面面积。

  凸点位置布局是另一项设计考虑,焊料凸点的位置尽可能的对称,识别定向特征(去掉一个边角凸点)是个例外。布局设计还必须考虑顺流切片操作不会受到任何干扰。在IC的有源区上布置焊料凸点还取决于IC电路的电性能和灵敏度。除此之外,还有其它的IC设计考虑,但晶片凸点制作公司拥有专门的IC焊点与布局设计准则来保证凸点的可靠性,从而可确保互连的可靠性。

  主要的板设计考虑包括金属焊点的尺寸与相关的焊料掩模开口。首先,必须最大限度地增加板焊点位置的润湿面积以形成较强的结合点。但必须注意板上润湿面积的大小应与UBM的直径相匹配。这有助于形成对称的互连,并可避免互连一端的应力高于另一端,即应力不均衡问题。实际上,设计时,通常会采用使板的焊点直径略大于UBM直径的方法,目的是将接合应力集中在电路板一端,而不是较弱的IC上。对焊膏掩模开口进行适当的设计可以控制板焊点位置上的润湿面积。

  既可采用焊膏掩模设计也可采用无焊膏掩模设计,但将这两种方法结合起来的设计是最可靠的设计手段。在相关的电路板图形上使用矩形开口并将焊膏掩模的清晰度也考虑在内即可设计出恰当的板焊点位置。如果设计不合理,一旦组装环境发生变化或机械因数有所改变,IC就会出现焊膏疲劳断裂。采用底部填料的方法 的确能够极大地提高倒装芯片元件互连的可靠性,但如果不严格遵循设计准则的话还是不可避免地会产生同样的失效机理。


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倒装芯片? SMT? 组装? 表面安装?

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