微電子器件封裝正走向能夠容納大集成電路的高密度互聯(lián)技術(shù)。為了滿足這些要求，過去兩年中CSP和BGA倒裝芯片的應(yīng)用增加了不少。研究發(fā)現(xiàn)，底膠填充工藝可以滿足倒裝芯片對組裝結(jié)構(gòu)的可靠性要求。至于汽車電器、手機(jī)及其他便攜電子產(chǎn)品等要求嚴(yán)格的應(yīng)用，CSP和BG A還可利用底膠增加耐沖擊性和抗振性。
        傳統(tǒng)的毛細(xì)充填材料現(xiàn)在有了較高的流動速度和較短的固化時間，但卻需要一些附加處理工序。為了減少這些工序并增加表面貼裝技術(shù) (SMT)的相容性，新開發(fā)的非流動型底膠(以下簡稱NFFUF)提供了一種方法，它們的涂覆和使用方式基本上和傳統(tǒng)的粘性助焊劑產(chǎn)品相同，在底層填充之前預(yù)先貼附器件。因此，它們能在相同的焊膏回流過程中既提供助焊性，又提供保護(hù)性底膠層。
        周邊焊凸組件性能數(shù)據(jù)
        在先前出版的著作中，已經(jīng)證實了在OSP涂覆和Ni/Au鍍膜焊盤上利用NFFUF產(chǎn)品焊接周邊凸起(PB)500mil和200mil方型裸片的可靠性。
        在近的研究中，利用三種NFFUF商品在OSP涂覆和Ni/Au 鍍膜焊盤上焊接較大的300 MSFB芯片，連續(xù)性合格率均在98%以上，而用于OSP涂覆焊盤的產(chǎn)品更獲得合格率。盡管按照生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)來看，試驗涉及的元件數(shù)目很少，但依然被視作為采用該技術(shù)達(dá)到高良率的指標(biāo)。只要加上穩(wěn)態(tài)過程和改進(jìn)的加工技術(shù)，相信能夠獲得更高的良率。
        為了進(jìn)一步對NFFUF產(chǎn)品進(jìn)行測定，設(shè)計了一種新型雙面試驗媒介，采用62mil厚FR-4基板和OSP涂覆銅焊盤。面陣列器件包括一面(共6個位置)有2個不同全陣列倒裝芯片，另一面則有8個CSP和2個BGA。
        在檢測電路板和器件的過程中，出現(xiàn)了兩個問題。，電路板上倒裝芯片的位置與計劃位置正好相反。盡管裸片上大部分區(qū)域依然可以測定連續(xù)性，但是有一個焊球?qū)?zhǔn)了阻焊膜而相應(yīng)的焊盤卻無焊球。器件對位不準(zhǔn)的主要問題是阻焊膜上的焊球使其他焊球無法形成適當(dāng)?shù)乃?。焊球的偏差因裸片而異。?00個l/O(FA-10) 的200mil×200mil裸片只有一對焊球與焊盤錯位，而帶1200個l /O(FA-10)的400mil芯片有4對焊球錯位。
        在第二面上，檢驗發(fā)現(xiàn)的主要問題是1英寸方形大型BGA的平面性，被測的BGA由256個以2mil高、32mil直徑周邊陣列形式的錫球組成。CSP 未發(fā)現(xiàn)有任何平面性或?qū)?zhǔn)問題，CSP為400mil見方，焊球高17mil、直徑23mil、間距32mil。
        BGA封裝在器件的平面性、尺寸和焊球上呈現(xiàn)出其他可變因素。這種BGA封裝件相當(dāng)大，1平方英寸并帶三排周邊焊球，里邊的兩行在大多數(shù)情況下顯示的互聯(lián)，連續(xù)性問題照例見于外面一行焊球的一側(cè)。在器件檢驗過程中發(fā)現(xiàn)的BGA翹曲可能是造成這個問題的原因。
        正確選擇產(chǎn)品縮短烘干時間
        在每個生產(chǎn)工序?qū)κ褂眯滦蚇FFUF的注意事項和組裝約束條件進(jìn)行了調(diào)查：預(yù)烘干、點膠操作、貼裝操作和回流操作。
        無論使用NFFUF產(chǎn)品還是傳統(tǒng)的毛細(xì)填充法，實現(xiàn)可靠的倒裝焊接的一個決定性因素是消滅較大的空洞，特別是在焊球之間?？斩粗饕怯苫逅乃忠约霸邳c膠和貼片過程中產(chǎn)生的氣泡引起。如果在焊球之間有空洞而且器件受到溫度沖擊，施加在焊點上的壓力迫使焊料進(jìn)入空洞。只要空洞足夠大，焊料就會在相鄰的I/O之間形成橋接。
        基板在組裝前吸潮可能在回流過程中引起NFFUF膠層出現(xiàn)空洞。為了避免潮氣誘發(fā)空洞，基板必須經(jīng)過預(yù)烘干。為了確定消除此類空洞的正確烘干溫度和時間導(dǎo)向，進(jìn)行了兩次試驗分析。
        60℃預(yù)烘干測定結(jié)果顯示，即使經(jīng)過96小時的烘干，空洞依然明顯。在120℃下烘干90分鐘以后，空洞基本消失；在90分鐘至3小時的預(yù)烘干時間范圍內(nèi)，40個組件的良率達(dá)到；而在120℃下預(yù)烘干 18小時的電路板良率較低，約90%。橫截面顯示焊球至焊盤的濕度有問題，這說明了在電路板選用OSP銅保護(hù)劑時氮氣環(huán)境的烘箱的使用價值。
        此外，三種不同的NFFUF在兩種條件下(無預(yù)烘干時間和在120℃ 下預(yù)烘干2小時)利用62mil FR-4組件配置上的PB-500器件進(jìn)行了評估。這項研究的結(jié)果顯示，配方成分對未經(jīng)烘干基板上的空洞形成程度有影響，特別是其中一種配方的空洞形成始終少于其他兩種，這說明了正確地選擇產(chǎn)品可以縮短烘干時間。
        盡管Kapton組件也在120℃下預(yù)烘干2小時，回流空洞依然明顯，這使人想到預(yù)烘干后再次吸潮可能是問題的關(guān)鍵。因此，對Kapton 基板能夠經(jīng)受潮濕環(huán)境的時間進(jìn)行了集中研究。結(jié)果顯示，在Kapton 基板上，潮氣在40分鐘之內(nèi)迅速誘發(fā)空洞。
        點膠NFFUF的一個關(guān)鍵問題是在點膠或材料流動過程中，膠點模式對焊球周圍形成氣泡有怎樣的影響。利用62mil FR-4基板上的NiAu焊盤和PB-500裸片對三種膠點模式進(jìn)行研究，焊盤位于寬16mil、由阻焊膜界定的溝槽內(nèi)，電路板在120℃下預(yù)烘干2小時。用容積式自動點膠機(jī)，點涂所需數(shù)量的NFFUF。
        對組件(每個膠點模式10件)進(jìn)行C-SAM檢驗發(fā)現(xiàn)，團(tuán)形膠點無氣泡，而其他兩個模式有時在焊點周圍產(chǎn)生小空洞，有時順著溝槽形成狹長的小氣泡。可以斷定，在若干個流體會聚成一點的情況下，容易攔住氣泡。團(tuán)形膠點模式的另一優(yōu)點是點膠時間比X形或5點形大為縮短。
        采用一種NFFUF產(chǎn)品對三個貼裝參數(shù)進(jìn)行研究，這些參數(shù)是貼裝速度、貼裝停留(保壓)時間和貼裝力。貼裝速度和停留時間(放置以后壓住裸片的總時間)是影響產(chǎn)量的重要因素，而貼裝力則對產(chǎn)量沒有影響。
        貼裝停留時間和貼裝力對連續(xù)性良率具有突出的影響：停留時間使液體回彈效應(yīng)消失在壓力釋放之前，貼裝力確保所有的焊球與焊盤接觸。
        研究證明，NFFUF與周邊焊球型倒裝芯片一起使用可以達(dá)到大部分直接貼片(DCA)用途的可靠性要求。被評估的器件包括500mil、焊球間距小到6mil的方形裸片。研究還顯示，這些器件的電氣連續(xù)性良率達(dá)98%以上，而且可以通過調(diào)諧和穩(wěn)定生產(chǎn)過程進(jìn)一步改進(jìn)。另外，還需要對全陣列倒裝芯片進(jìn)行工藝研究，特別是較大型 1200I/O裸片，并對電路板生產(chǎn)、空洞和良率涉及的問題繼續(xù)進(jìn)行分析和解決。