芯片貼裝相關(guān)技術(shù)

　　芯片處理(Die handling)

　　倒裝芯片安裝機器需要能夠處理以各種形式出現(xiàn)的芯片。窩伏爾組件(Waffle pack)、卷帶供料器(tape feeder)和晶圓環(huán)(wafer ring)是其中最普遍的形式，它們每一個都有優(yōu)點和局限。

　　窩伏爾組件(Waffle pack)：允許組裝已知好芯片(KGD, known good die)的封裝。這減少了將電器上有問題的芯片放入電器上好的封裝內(nèi)?？v橫比(aspect ratio)或者芯片尺寸相當于窩伏爾組件(Waffle pack)的凹坑尺寸應(yīng)該緊密控制，以減少處理期間芯片的移動。理想地，在X與Y軸上，凹坑的尺寸應(yīng)該不大于芯片尺寸的百分之十。在高產(chǎn)量裝配中使用窩伏爾組件(Waffle pack)的限制條件是相對很少芯片可以放在或者2"或者4"的窩伏爾組件(Waffle pack)內(nèi)。芯片越大，越少可以放在組件內(nèi)，它導(dǎo)致經(jīng)常性的機器裝料。最后，使用窩伏爾組件(Waffle pack)在芯片安裝工序之前產(chǎn)生一個額外的工序，芯片揀選/拾取和放置。

　　卷帶供料器(tape feeder)：以卷帶供料器給與芯片安裝機器的芯片對于芯片安裝工藝的優(yōu)點類似于窩伏爾組件(Waffle pack)方法。卷帶供料器的使用通常解決KGD的問題，可適合于那些裝備用倒裝芯片貼裝但不能處理晶圓(wafer)的SMT機器。同樣，卷帶供料的芯片要求在芯片安裝之前的芯片揀選/拾取與貼裝工藝。

　　晶圓環(huán)(wafer ring)：粘貼在帶上供給機器的晶圓和晶圓環(huán)也許是最普遍的芯片供給形式，特別是在傳統(tǒng)的芯片安裝工藝中。該方法通常最適合于高產(chǎn)量裝配。它也要求對有關(guān)芯片排出(die-eject)優(yōu)化的嚴密注意。芯片排出針和芯片排出帽需要仔細挑選，以實現(xiàn)一個穩(wěn)定的排出工藝。其他參數(shù)，諸如針尾高度和排射速度，需要檢定。如果這些參數(shù)不考慮，芯片破裂、微裂紋和誤拾可能會發(fā)生。

　　芯片排出(Die Ejecting)

　　為了從晶圓帶上成功地排出芯片，關(guān)鍵是定制排出沖頭(eject chuck)(或帽)的尺寸和正確地將排出針(eject needle)間隔到芯片尺寸。作為一般原則，針的周長間隔應(yīng)該不小于芯片周長的80%，并且總是有一根針在中央位置(圖一)。

　　針的選擇是排出工藝的另一個關(guān)鍵方面。帶尖刺的針可能刻傷芯片的背面，這可能導(dǎo)致裂紋。在頂尖有一個半徑的排出針應(yīng)該不會刺傷卷帶，因此消除這個問題。可是，通常需要兩階段的排出工藝。圖2a說明初始的排出針位置。通過機器軟件增加一個短暫延時，以允許帶從芯片的角上剝離。當圍繞頂針周圍的帶仍保持與芯片接觸時，針可以升到編程的最后位置，芯片拾取工序可以完成(圖2b)。較大的芯片要求較長的延時來等待卷帶從邊緣剝離。

　　芯片拾取(Die Picking)

　　叭」ぞ甙湊斬フ氳牟牧俠囪≡瘢?Ω夢?酒?ㄖ瞥嘰紜M耆?帕械牡棺熬г?flip chip)的芯片(die)(芯片頂面全部放置了錫球)要求一個柔順的接觸表面，以維持真空。這通常是對于大的芯片(大于10mm2)。

　　周圍排列錫球的芯片允許用戶選擇硬頂尖的工具，它可加速在較小芯片上貼裝期間的芯片粘貼。材料必須是防靜電的，因此不會傷害到電路。

　　視覺系統(tǒng)(Vision Systems)

　　對于視覺識別的一個關(guān)鍵考慮是用來看基準點的光波長度。在IC封裝中使用的材料有很多：陶瓷、金屬、聚合物和半導(dǎo)體。每一種材料都有獨特的反射和反射特性。實際上，當要識別在晶圓或基板上的獨特圖案時，這就變成范圍很寬的對比度、亮度和光澤因素。在許多情況中，簡單地調(diào)節(jié)攝像機上的機械設(shè)定(亮度、f-stop、入射光角度、光圈)不足以把基準點從背景中分辨出來。光的波長的實際改變，如從白光到紅光，可能需要來保證準確的基準點定位。圖三顯示以相同的光設(shè)定的不同LED顏色怎樣影響芯片的照明及其視覺出來。

　　上助焊劑的系統(tǒng)(Fluxing Systems)

　　倒裝芯片錫球與焊盤上助焊劑的方法也可能不同。典型的方法是蓋印助焊劑(stamp fluxing)、印刷助焊劑(print fluxing)、和滴涂助焊劑(dispense fluxing)。同樣，每個方法有其優(yōu)點和缺點。不僅要考慮所希望的上助焊劑媒介的材料特性，而且要考慮與每種工藝相聯(lián)系的設(shè)備投資和工藝時間。另外，每個錫球的助焊劑用量和助焊劑作用的總的表面面積對下游工序和最終產(chǎn)品的可靠性有重要的影響。甚至助焊劑標榜為“免洗”助焊劑，一個設(shè)計差勁的上助焊劑工藝可能會使助焊劑的“免洗特性毫無作用。

　　蓋印助焊劑(stamp fluxing)：在這種方法中，一個小的托盤放在FCA機器內(nèi)面。助焊劑放入托盤，一把醫(yī)用刀片用來將助焊劑平衡到所希望的高度。隨著每個芯片從供料器拾取，它移動到助焊劑托盤，下降到助焊劑托盤內(nèi)或“蓋印”一下，然后貼放在基板上。該方法的優(yōu)點是使用簡單的設(shè)備在芯片錫球上上助焊劑，并集成在FCA工藝中。主要缺點是助焊劑高度的精度，因為很少簡單而可靠的集成方法用來測量托盤內(nèi)助焊劑的厚度。

　　印刷助焊劑(print fluxing)：助焊劑的印刷方法是標準的絲印(screen printing)工藝。一個模板放在基板的幾個mil之內(nèi)，一把刮刀推動一定數(shù)量的助焊劑從模板刮過。因此助焊劑沉積在模板開孔的基板上。該方法可以迅速在許多的芯片座上助焊劑，但要求上游設(shè)備和工序。與蓋印方法一樣，精確測量助焊劑的量是困難的。

　　滴涂助焊劑(dispense fluxing)：滴涂也許是分配助焊劑的最不復(fù)雜的方法，但它也可能對可靠性有最大的負面影響。在該方法中，液體助焊劑滴在每個倒裝芯片座的中央。然后助焊劑在基板面上流出，在每個焊盤上上助焊劑。該方法的設(shè)備是簡單的氣壓注射器，它可直接集成在FCA設(shè)備內(nèi)。工藝時間最低限度地取決于貼裝步驟順序如何編程和設(shè)備的并行能力。該方法的一個主要缺點是，助焊劑的量大大地超過要求覆蓋接合焊盤的理論最小量。另外，助焊劑可能以不想要的方式作用倒裝芯片系統(tǒng)。例如，阻焊層可能吸收助焊，它會在后面的工序中揮發(fā)，再重新沉積在芯片表面上。過多的助焊劑可能在回流期間結(jié)晶，造成表面污染。

　　芯片貼裝精度(Die Placement Accuracy)

　　倒裝芯片裝配的一個重要特性是倒裝芯片元件可以在錫球回流期間“自我對準”的能力。當錫球達到液化狀態(tài)，由液體焊錫熔濕(wetting)接合焊盤所產(chǎn)生的力量足以將元件拉到與接合焊盤的完美對中。由于這個理由，倒裝芯片元件的初始貼裝有比原先預(yù)想的稍微較大的公差。按照焊盤尺寸的百分比，倒裝芯片的錫球可以與接合焊盤的中心誤差達到25%。這個誤差的絕對值取決于焊盤與錫球的直徑，因為大的錫球有較大的貼裝公差。大多數(shù)今天的FCA系統(tǒng)能夠達到±10μm或更好的貼裝可重復(fù)性。

　　生產(chǎn)率(Productivity)

　　芯片的貼裝率一般是機器精度與構(gòu)造以及工藝步驟的產(chǎn)物。一部高精度機器(低于10微米)依靠通過機器軟件的運動控制設(shè)定來達到更準確和可預(yù)計的貼裝點位置。這些額外的運算增加軸的運動時間，這是一個取決于機器實際工作區(qū)域的問題。

　　許多表面貼裝機器已經(jīng)重新裝備了倒裝芯片的貼裝能力。典型地，SMT機器具有生產(chǎn)相對于比微電子封裝大的印刷電路板(PCB)。大的工作區(qū)域即要消耗X-Y運動的時間，從而影響生產(chǎn)率。PCB處理能力也將影響機器的占地面積(footprint)。10,000級的清潔室內(nèi)裝配車間的單位成本比SMT裝配車間貴許多。最后，集成上助焊劑能力的機器通常將增加每個芯片貼裝的時間1~2秒。這個額外的工藝時間必須考慮，并與上游上助焊劑系統(tǒng)及有關(guān)成本一起衡量。