FC安装技能最全资料
器材的小型化高密度封装办法越来越多，如多模块封装（MCM）、体系封装（SiP）、倒装芯片（FC，Flip-Chip）等运用得越来越多。这些 技能的呈现愈加含糊了一级封装与二级安装之间的界限。毋庸置疑，跟着小型化高密度封装的呈现，对高速与高精度装 配的要求变得愈加要害，相关的拼装设备和工艺也更具先进性与高灵活性。
因为倒装芯片比BGA或CSP具有更小的外形尺度、更小的球径和球距离、它对植球工艺、基板技能、资料的兼容性、制作工艺，以及查看设备和办法提出了史无前例的应战。
倒装芯片的开展前史
倒装芯片的界说
什么器材被称为倒装芯片？一般来说，这类器材具有 以下特色：
1.基材是硅；
2.电气面及焊凸在器材下外表；
3.球距离一般为4-14mil、球径为2.5-8mil、外形尺度为1-27mm；
4.拼装在基板上后需求做底部填充。
其实，倒装芯片之所以被称为“倒装”，是相关于传统的金属线键合衔接办法（Wire Bonding）与植球后的工艺而言的。传统的经过金属线键合与基板衔接的芯片电气面朝 上（图1），而倒装芯片的电气面朝下（图2），相当于将 前者翻转过来，故称其为“倒装芯片”。在圆片（Wafer） 上芯片植完球后（图3），需求将其翻转，送入贴片机，便于贴装，也因为这一翻转进程，而被称为“倒装芯片”。
图1 
图2 
图3
倒装芯片的前史及其运用
倒装芯片在1964年开端呈现，1969年由IBM发明晰倒 装芯片的C4工艺（Controlled Collapse Chip ConnecTIon， 可控崩塌芯片联接）。曩昔仅仅比较少数的特别运用，近 几年倒装芯片已经成为高功用封装的互连办法，它的运用 得到比较广泛快速的开展。现在倒装芯片首要运用在Wi- Fi、SiP、MCM、图画传感器、微处理器、硬盘驱动器、医用传感器，以及RFID等方面（图5）。
图4 
图5
与此一起，它已经成为小型I/O运用有用的互连处理方案。跟着微型化及人们已 承受SiP，倒装芯片被视为各种针脚数量低的运用的首选办法。从全体上看，其在低端运用和高端运用中的选用，根 据TechSearch InternaTIonal Inc对商场容量的估计，焊球凸点倒装芯片的年复合增长率（CAGR）将到达31%。
倒装芯片运用的直接驱动力来自于其优秀的电气功用，以及商场对终端产品尺度和本钱的要求。在功率及电 信号的分配，下降信号噪音方面表现出色，一起又能满意高密度封装或安装的要求。能够预见，其运用会越来越广泛。
倒装芯片的拼装工艺流程
一般的混合拼装工艺流程
在半导体后端拼装工厂中，现在有两种模块拼装办法。在两次回流焊工艺中，先在独自的SMT出产线上拼装SMT器材，该出产线由丝网印刷机、贴片机和第一个回 流焊炉组成。然后再经过第二条出产线处理部分拼装的模块，该出产线由倒装芯片贴片机和回流焊炉组成。底部填 充工艺在专用底部填充出产线中完结，或与倒装芯片出产线结合完结。
图6
倒装芯片的安装工艺流程介绍
相关于其它的IC器材，如BGA、CSP等，倒装芯片 安装工艺有其特别性，该工艺引入了助焊剂工艺和底部填充工艺。因为助焊剂残留物（对可靠性的影响）及桥连的 风险，将倒装芯片贴装于锡膏上不是一种可选用的安装办法。业界推出了无需清洁的助焊剂，芯片浸蘸助焊剂工艺成为广泛运用的助焊技能。现在首要的代替办法是运用免洗助焊剂，将器材浸蘸在助焊剂薄膜里让器材焊球蘸取一 定量的助焊剂，再将器材贴装在基板上，然后回流焊接；或许将助焊剂预先施加在基板上，再贴装器材与回流焊 接。助焊剂在回流之前起到固定器材的作用，回流进程中起到潮湿焊接外表增强可焊性的作用。
倒装芯片焊接完结后，需求在器材底部和基板之间填充一种胶（一般为环氧树酯资料）。底部填充分为于“毛细活动原理”的活动性和非活动性（No-follow）底部填充。
上述倒装芯片拼装工艺是针对C4器材（器材焊凸资料为SnPb、SnAg、SnCu或SnAgCu）而言。别的一种工艺是 运用各向异性导电胶（ACF）来安装倒装芯片。预先在基板上施加异性导电胶，贴片头用较高压力将器材贴装在基板 上，一起对器材加热，使导电胶固化。该工艺要求贴片机具有十分高的精度，一起贴片头具有大压力及加热功用。 关于非C4器材（其焊凸资料为Au或其它）的安装，趋向选用此工艺。这儿，咱们首要评论C4工艺，下表列出的是倒装芯片植球（Bumping）和在基板上衔接的几种办法。
倒装倒装芯片几许尺度能够用一个“小”字来描述：焊球直径小（小到0.05mm），焊球距离小（小到0.1mm），外形尺度小（1mm2）。要取得满意的安装良率，给贴装设备及其工艺带来了应战，跟着焊球直径的缩小，贴装精度要求越来越高，现在12μm乃至10μm的精度越来越常见。贴片设备照像机图形处理才干也十分要害，小的球径小的球距离需求更高像素的像机来处理。
跟着时间推移，高功用芯片的尺度不断增大，焊凸（Solder Bump）数量不断进步，基板变得越来越薄，为了进步产品可靠性底部填充成为有必要。
图7
图8 
表1
对贴装压力操控的要求
考虑到倒装芯片基材是比较脆的硅，若在取料、助焊剂浸蘸进程中施以较大的压力简略将其压裂，一起细微的焊凸在此进程中也简略压变形，所以尽量运用比较低的贴装压力。一般要求在150g左右。关于超薄形芯片，如0.3mm，有时乃至要求贴装压力操控在35g。
对贴装精度及稳定性的要求
关于球距离小到0.1mm的器材，需求怎样的贴装精度才干到达较高的良率？基板的翘曲变形，阻焊膜窗口的尺度和方位误差，以及机器的精度等，都会影响到终究的贴装精度。关于基板规划和制作的状况关于贴装的影响，咱们在此不作评论，这儿咱们仅仅来评论机器的贴装精度。
芯片安装工艺对贴装设备的要求
为了答复上面的问题，咱们来树立一个简略的假定模型：
1.假定倒装芯片的焊凸为球形，基板上对应的焊盘为圆形，且具有相同的直径；
2.假定无基板翘曲变形及制作缺点方面的影响；
3.不考虑Theta和冲击的影响；
4.在回流焊接进程中，器材具有自对中性，焊球与潮湿面50%的触摸在焊接进程中能够被“拉正”。
那么，根据以上的假定，直径25μm的焊球假如其对应的圆形焊盘的直径为50μm时，左右方位误差（X轴）或 前后方位误差（Y轴）在焊盘尺度的50%，焊球都一直在焊盘上（图9）。关于焊球直径为25μm的倒装芯片，工艺才干Cpk要到达1.33的话，要求机器的最小精度有必要到达12μm@3sigma。
图9
对照像机和印象处理技能的要求
要处理细微焊球距离的倒装芯片的印象，需求百万像素的数码像机。较高像素的数码像机有较高的扩大倍率， 可是，像素越高视像区域（FOV）越小，这意味着大的器材或许需求屡次“摄影”。照像机的光源一般为发光二极 管，分为侧光源、前光源和轴向光源，并能够独自操控。倒装芯片的的成像光源选用侧光、前光，或两者结合。
那么，关于给定器材怎么挑选像机呢？这首要依赖图 像的算法。比如，区别一个焊球需求N个像素，则区别球间 距需求2N个像素。以举世仪器的贴片机上Magellan数码像机为例，其区别一个焊球需求4个像素，咱们用来看不同的 焊球空隙所要求的最大的像素应该是多大，这便于咱们根 据不同的器材来挑选相机，假定一切的印象是实践物体尺度的75%。
表2
倒装芯片基准点（Fiducial）的印象处理与一般基准 点类似。倒装芯片的贴装往往除整板基准点外（Global fiducial）会运用部分基准点（Local fiducial），此刻的基 准点会较小（0.15—1.0mm），像机的挑选参照上面的方 法。关于光源的挑选需求酌量，一般贴片头上的相机光源 都是红光，在处理柔性电路板上的基准点时作用很差，乃至找不到基准点，其原因是基准点外表（铜）的色彩和基 板色彩十分挨近，色差不明显。假如运用举世仪器的蓝色光源专利技能就很好的处理了此问题。
图10
吸嘴的挑选
因为倒装芯片基材是硅，上外表十分平坦润滑，最好挑选头部是硬质塑料资料具多孔的ESD吸嘴。假如挑选头部 为橡胶的吸嘴，跟着橡胶的老化，在贴片进程中或许会粘连器材，构成贴片偏移或带走器材。
回流焊接及填料固化后的查看
对完结底部填充今后产品的查看有非破坏性查看和破坏性查看，非破坏性的查看有：
·运用光学显微镜进行外观查看，比如查看填料在器材旁边面爬高的状况，是否构成杰出的边际圆角，器材外表是否有脏污等
·运用X射线查看仪查看焊点是否短路，开路，偏移，潮湿状况，焊点内空泛等
·电气测验（导通测验），能够测验电气联合是否有 问题。关于一些选用菊花链规划的测验板，经过通断测验还能够确认焊点失效的方位
·运用超声波扫描显微镜（C-SAM）查看底部填充后 其间是否有空泛、分层，活动是否完好
破坏性的查看能够对焊点或底部填料进行切片，结合光学显微镜，金相显微镜或电子扫描显微镜和能谱剖析仪（SEM/EDX），查看焊点的微观结构，例如，微裂纹/微孔，锡结晶，金属间化合物，焊接及潮湿状况，底部填充 是否有空泛、裂纹、分层、活动是否完好等。
完结回流焊接及底部填充工艺后的产品常见缺点有：焊点桥连/开路、焊点潮湿不良、焊点空泛/气泡、焊点开裂/脆裂、底部填料和芯片分层和芯片决裂等。关于底部填充是否完好，填料内是否呈现空泛，裂纹和分层现象，需求超声波扫描显微镜（C-SAM）或经过与芯片底面平行的 切片（Flat secTIon）结合显微镜才干观察到，这给查看此 类缺点增加了难度。
底部填充资料和芯片之间的分层往往发生在应力最大 器材的四个旮旯处或填料与焊点的界面，如图13所示。
图13
总结
倒装芯片在产品本钱、功用及满意高密度封装等方面，体现出优势，它的运用也逐渐成为干流。因为倒装芯片的尺度小，要确保高精度高产量高重复性，这给咱们传统的设备及工艺带来了应战，具体表现在以下几个方面：
1.基板（硬板或软板）的规划方面；
2.拼装及查看设备方面；
3.制作工艺,芯片的植球工艺，PCB的制作工艺，SMT工艺；
4.资料的兼容性。
全面了解以上问题是成功进行倒装芯片拼装工艺的根底。
举世仪器SMT实验室自1994年已成功开发此完好工艺，迄今咱们运用了约75种助焊剂和150种底部填充资料在很多不同的基板上贴装了100,000个倒装片，进行测验和详尽的失效剖析，涵盖了广泛的参数规模。
举世仪器关于倒装芯片安装的设备处理方案，统筹了高速和高精度的特色，比如：DDF送料器结合GI-14渠道能够完成裸芯片进料高速贴装，而AdVanTIs XS渠道能够完成精度达9微米3西格码的贴装(见下表)。能够运用这些处理方案完成倒装芯片，体系封装（高混合安装），裸芯片安装及内植器材。
表3
