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点胶机在充机设计工艺中要注意哪些问题?


  随着电路的密度增加和产品形式因素的消除,电子工业已出现许许多多的新方法,将芯片级(chip-level)的设计更紧密地与板级(board-level)装配结合在一起。在某种程度上,诸如倒装芯片(flip chip)和芯片级包装(csp, chip scale package)等技术的出现事实上已经模糊了半导体芯片(semiconduct die)、芯片包装方法与印刷电路板(pcb)装配级工艺之间的传统划分界线。虽然这些新的高密度的芯片级装配技术的优势是非常重要的,但是随着更小的尺寸使得元件、连接和包装对物理和温度的应力更敏感,选择最好的技术配制和达到连续可靠的生产效果变得越来越困难。
   改善可靠性的关键技术之一就是在芯片与基板之间填充材料,以帮助分散来自温度变化和物理冲击所产生的应力。不幸的是,还没有清晰的指引来说明什么时侯应使用充胶和怎样最好地采用充胶方法满足特殊的生产要求。本文将探讨有关这些问题的一些最近的想法。 为什么充胶? 考虑使用底部灌充密封胶的最初的想法是要减少硅芯片(silicon die)与其贴附的下面基板之间的总体温度膨胀特性不匹配所造成的冲击。对传统的芯片包装,这些应力通常被引线的自然柔性所吸收。可是,对于直接附着方法,如锡球阵列,焊锡点本身代表结构内的最薄弱点,因此最容易发生应力失效。不幸的是,它们也是最关键的,因为在任何连接点上的失效都将毁灭电路的功能。通过紧密地附着于芯片,焊锡球和基板,填充的材料分散来自温度膨胀系数(cte, coefficient of thermal expansion)不匹配和对整个芯片区域的机械冲击所产生的应力充胶的第二个好处是防止潮湿和其它形式的污染。负面上,充胶的使用增加了制造运行的成本,并使返修困难。由于这一点,许多制造商在回流之后、充胶之前进行快速的功能测试。

   决定何时充胶 因为存在不下五十种不同的csp设计1,加上无数的变量与涉及连接设计的操作条件,所以很难提供一个确切的规则决定何时使用充胶。可是,在设计pcb时有许多关键因素应该考虑进去。一些重要因素包括: 芯片与基板之间温度膨胀系数(cte)的不同。硅的cte为2.4 ppm;典型的pcb材料的cte为16 ppm。陶瓷材料可以按匹配的cte来设计,但95%的矾土陶瓷的cte为6.3 ppm。充胶在基于pcb的包装上需要较大,虽然在陶瓷基板上也显示充胶后的可靠性增加。一个替代方法是使用插入结构的基板,如高cte的陶瓷或柔性材料,作为芯片与主基板之间的吸振材料,它可减轻pcb与硅芯片之间的cte差别。 芯片(die)尺寸。通常,芯片面积越大,应力诱发的问题越多。例如,一项研究表明,当芯片尺寸由6.4增加到9.5mm时,连接所能忍受的从-40 ~
125deg;c的温度周期的数量由1500次减少到900次2。 锡球尺寸与布局在充胶评估上扮演重要角色,因为较大的球尺寸,如那些csp通常采用的300mu;的直径,更牢固、可比那些倒装芯片(flip chip)所采用的75mu;直径更好地经受应力。假设csp与倒装芯片的一个两元焊接点的相对剪切应力是相似的,那么csp焊接点所经受的应力大约为倒装芯片的四分之一。因此,csp的设计者认为焊锡球结构本身可以经得起基板与芯片温度膨胀所产生的机械应力。

   滴胶的挑战一旦作出决定使用充胶方法,就必须考虑到一系列的挑战,希盟点胶机以有效的实施工艺过程,取得连续可靠的结果,同时维持所要求的生产量水平。这些关键关键问题包括:得到完整的和无空洞的(void-free)芯片底部胶流 在紧密包装的芯片周围分配胶 避免污染其它元件 通过射频(rf)外壳或护罩的开口滴胶 控制助焊剂残留物。取得完整和无空洞的胶流 因为填充材料必须通过毛细管作用(capillary action)吸入芯片底部,所以关键是要把针嘴足够靠近芯片的位置,开始胶的流动。必须小心避免触碰到芯片或污染芯片(die)的背面。一个推荐的原则是将针嘴开始点的定位在针嘴外径的一半加上0.007quot;的x-y位移上,z的高度为基板上芯片(chip)高度的80%。在整个滴胶过程中,也要求精度控制以维持胶的流动,而避免损伤和污染芯片(die)。为了最佳的产量,经常希望一次过地在芯片多个边同时滴胶。可是,相反方向的胶的流动波峰(wave front)以锐角相遇可能产生空洞。应该设计滴胶方式,产生只以钝角聚合的波峰。芯片数量和邻近关系当设计一个板上有紧密包装的芯片(die)需要底部充胶时,板的设计者需要留下足够的空间给滴胶针嘴。图一所示的位置一,两个芯片共用一个滴胶路线是一个可接受的滴胶方法。与芯片边缘平行的无源元件将有挡住的作用,如图一位置二。与芯片边缘成90deg;位置的元件可能会把胶液从要填充的元件吸引开。无源元件周围的填充材料没有发现坏的作用。点胶机来自邻近芯片或无源元件的交叉的毛细管作用,会将填充材料从目的元件吸引开,可能造成csp或倒装芯片底下的空洞。

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