倒装芯片工艺挑战SMT组装

文章摘要：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。 4 晶片的凸点制作／切片 焊料凸点的作用是充当IC与电路板之间的机械互连、电互连、有时还起到热互连的作用。在典型的倒装芯片器件中，互连由UBM和焊料凸点本身构成。UBM搭接在晶片钝化层上，以保护电路不受外部环

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　　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。

　　4 晶片的凸点制作／切片

　　焊料凸点的作用是充当IC与电路板之间的机械互连、电互连、有时还起到热互连的作用。在典型的倒装芯片器件中，互连由UBM和焊料凸点本身构成。UBM搭接在晶片钝化层上，以保护电路不受外部环境的影响。实际上，UBM充当着凸点的基底。它具有极佳的与晶片金属和钝化材料的粘接性能，充当着焊膏与IC键合金属之间的焊膏扩散层，同时还为焊膏提供氧化势垒润湿表面。UBM叠层对降低IC焊点下方的应力具有十分重要的作用。

　　如前所述，焊料凸点制作技术的种类很多。采用蒸发的方法需要在晶片表面上溅射势垒金属(采用掩模或用光刻作为辅助手段)形成UMB，然后蒸发Sn和Pb形成焊料。在随后的工艺中对Sn和Pb焊料进行再流，形成球形凸点。这一技术非常适用于采用耐高温陶瓷基板的含铅量较高的凸点(相对易熔焊料凸点而言)。但对有机电路板上的SMT应用而言，IC上的高铅焊料凸点还需要采用易熔焊料来形成互连。

　　低成本的凸点制作技术，如电镀或模版印刷(与溅射或化学镀UBM相结合)都是目前常用的制作工艺。这些工艺的凸点制作成本要比蒸发低一些，而且在电路上使用易熔焊料还可省去再将其放置到电路板上的那步工艺及其费用。目前生产的其它焊料合金包括无铅焊料、高铅焊料和低α焊料等。

　　对电镀凸点工艺而言，UBM材料要溅射在整个晶片的表面上，然后淀积光刻胶，并用光刻的方法在IC键合点上形成开口。然后将焊接材料电镀到晶片上并包含在光刻胶的开口中。其后将光刻胶剥离，并对曝光的UBM材料进行刻蚀，对晶片进行再流，形成最终的凸点。另一种常用的方法是将焊料模版印刷到带图形的UBM(溅射或电镀)上，然后再流。控制凸点的最终高度具有十分重要的作用。它可以保证较高的组装成品率。用于监测凸点制作工艺的破坏性凸点切断测试方法常常会使焊膏中产生失效模式，但绝不会对UBM或下面的IC焊点造成这样的结果。

　　晶片切割常常被看作是后端组装中的第一步。磨蚀金刚石刀片以60,000rpm的转速进行切片。切割中要使用去离子水以提高切割的质量并延长刀片的寿命。目前，降低单个IC上的屑片缺陷是一项十分紧迫的任务。因为顶部的屑片有可能接近芯片的有源区，背面的屑片对倒装芯片的可靠性极其不利。边缘的断裂，甚至是芯片区内的背面芯片在热应力和机械应力的作用下常会扩展，导致器件的早期失效。

　　5 焊剂／拾装／再流

　　完成晶片切割后，可将切分好的单个芯片留在晶片上，也可将其放置到华夫饼包装容器、凝胶容器、Surftape或带与轴封装中。倒装芯片布局设备必须具有处理带凸点的芯片的能力。华夫饼容器适应于小批量需求，或用于免测芯片；带与轴适用于SMT贴装设备；送至贴装设备的晶片较为普遍，且最适合大批量制造应用。

　　实际的倒装芯片组装工艺由分配焊剂开始。分配焊剂的方法有多种，包括浸液、挤涂分配、模版印刷、或喷涂等。每一种方法都有其优点和应用范围。贴装设备上通常要装有焊剂或粘接胶浸润组件。这种方法具备将焊剂固定到芯片凸点上的优点。

　　控制焊剂膜的高度和盘的旋转速度对批量生产的可重复性十分必要。焊剂分配工艺必须精确控制焊剂的分配量与可重复性。模版印刷焊剂适用于大批量制造，但对逆流设备的要求较高。不管采用哪一种方法，在粘贴倒装芯片器件时都必须考虑材料的特性和所用焊剂的兼容性。

　　完成焊剂分配工艺后就可以采用多头高速元件拾装系统或超高精度拾装系统拾取芯片了。为了促进半导体后端制造与EMS组装市场的结合，目前的拾装设备，如西门子SiPlaceHF新型设备都具有较高的速度与精度。倒装芯片与电路板对准由高精度摄像机完成。

　　拾装工艺的关键参数包括元件的适当拾取、定位精度与可靠性、贴装的力度大小、停留时间和成品率等。倒装芯片拾装精度通常要求在凸点节距的10％左右，以最大限度地减小平移偏移和旋转偏移。许多公司已在不同板条件下对各种工艺参数进行了广泛的研究和探讨，包括芯片尺寸、凸点节距、凸点高度和每个芯片上的凸点数量等。

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