随着材料性能、设备及工艺水平的不断提高,使得越来越多的电子制造服务公司(EMS)不再满足于常规的smt贴片工艺,而不断尝试使用新型的组装工艺,这其中就包括倒装芯片(FC)。接下来,众焱电子小编将接着《倒装芯片与smt贴装工艺探讨》一文中的内容继续讲解分析。
1、焊料凸点倒装芯片工艺
典型的焊料凸点FC的工艺流程,包括以下几个主要工艺步骤:涂覆焊料,放置芯片,回流焊和下填充。
为了提高产品的成品率,还必须对其它相关的规范和技术要求有一个透彻的理解。设计时首先必须考虑焊料球和焊球下金属化层(UBM)的结构,其目的是尽可能地减少由于芯片与基板互连时造成的内应力。根据已有的可靠性模型,如果设计合理的话,只会在焊料球的内部发生失效,可通过正确设计焊盘的结构、钝化层/聚酰亚胺的开口以及UMB的结构来实现。钝化层的开口应起到减小电流密度、减少应力集中区域的密度、提高电迁移的时间以及尽可能增大UMB和焊料球的横截面积。
焊料球的排布是设计时另一个需重点考虑的问题。除用来标明方向以外,所有焊料球的分布应尽可能地对称,同时还要考虑不会对后序的划片造成影响。除此以外,IC的其它设计准则同样也必须遵守,与此同时,为确保焊料球以及最终焊接后的质量,焊料球公司制定的一系列相应的规定也同样应当遵守。
电路板设计时须考虑的因素包括金属焊盘的尺寸以及焊料球开口的设计。首先,为增大结点的强度,应尽可能增大电路板上金属焊盘的面积,但同时必须与UMB的大小相匹配。这样将有利于形成一个对称的互连结构,从而防止在互连的一端产生过高的应力。实际上,板上焊盘的尺寸略小于UMB将使得应力偏向于电路板一边而不是强度较弱的IC一侧。通过设计掩膜开口尺寸的划、可起到控制焊料球在电路板上浸润尺寸大小的作用。如果设计不合理的话,电路板由于温度循环或机械冲击时,焊料球在靠近IC一侧很容易产生疲劳断裂。尽管下填料的加入可有效提高互联的可靠性,但如果没有严格遵循相关设计规范的话,相同类型的失效还会发生。
2、焊料凸点
焊料凸点不仅起到了IC和电路板机械互连的作用,同时为两者提供了电和热的通道。在一个典型的FC器件中,芯片上的凸点由UBM和焊料球两部分组成。UBM是焊盘和焊球之间的金属过渡层,位于圆片钝化层的上部。作为焊料球的基底,UBM与圆片上的金属化层有着非常好的粘附特性,与焊料球之间也有着良好的润湿特性。UBM在焊料球与IC金属焊盘之间作为焊料的扩散层,同时UBM作为氧化阻挡层还起着保护芯片的作用。
芯片凸点的制备方法有多种,可通过蒸发法使用掩膜板或光刻工艺在圆片上形成UBM阻挡层,随后在其上蒸发Sn-Pb合金焊料球,通过回流焊工艺形成球形的焊料球。该工艺适用高铅含量的焊料球的制备,配合使用陶瓷基板则适合高温条件下的使用。当使用有机基板时,则要求使用共晶焊料。目前,低成本的焊球制备工艺,如电镀法或模板印刷法己得到了更为广泛的应用。其它合金焊料,包括高铅焊料、无铅焊料、低。辐射焊料也同样得到了较为广泛的应用。
在smt贴片打样或加工生产中,当使用电镀法制备芯片凸点时,UBM通常溅射到整个晶圆的表面,随后涂覆光刻胶,并通过后续的光刻在芯片焊盘处形成开口。通过电镀法在开口处形成焊料,剥去光刻胶,通过腐蚀去除暴露在外的UBM,并通过回流焊形成焊球。凸点高度的一致性对组装后的成品率有着很大的影响。可利用破坏性凸点剪切强度试验来控制制备凸点工艺,大量试验表明,破坏多发生在焊料球处,而在UBM和芯片焊盘处则很少出现破坏。
未完待续…
剩下的内容将会在《倒装芯片贴装工艺:助焊剂的涂覆、贴装及回流焊》一文中继续讲解分析。
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