晶片级无铅CSP器件的底部填充材料

世纪芯反向技术研究中心自成立以来一直专注于反向技术的研究... [详细]

真空包装机仿制案例

• · 为何要嵌入式FRAM存储器
• · 晶片级无铅CSP器件的底部填充材料
• · 通过改善生产工艺来实现多层布线高速化
• · 家用电器电子元器件检测方法之二
• · 家用电器电子元器件电阻器的检测方法

　　在这篇文章中，我们探讨一下烘烤对晶圆翘曲度的影响？烘烤是否引发底部填充材料的脆裂？以及回流过程中底部填充物的流动引起的焊料拖尾问题？因为底部填充材料即要保证焊料不拖尾，又要保证焊点的可靠性，及可观察到的焊料爬升角度，同时，底部填充材料的设计必须保证烘烤阶段材料的流动，固化情况处于可控工艺窗口之内。另外，底部填充材料与焊接材料的匹配标准在本文中也有讨论。
　　及CSP封装器件要求底部填充材料在焊接过程中能够与焊球、PCB完美结合，增加焊点的抗疲劳能力。底部填充工艺方便、简单，将半液态填充材料施加在焊球与器件基板之间的间隙即可。对于节点尺寸大、I/O接口多的器件，填充材料的填充高度必须一致，实践证明：底部填充非常耗时，尤其FC封装器件，是大批量生产的瓶颈。
　　晶片底部填充工艺（WLUF）首先是在大的晶圆上直接施加胶状(半液态)底部填充材料，然后大的晶圆经烘烤阶段（B-Stage）固化，使其失去粘性，最后，将大晶圆分割成晶片，切割好的晶片独立包装，即可发往客户。器件在装配过程中，被贴放于PCB上回流焊接，器件在该阶段，焊料经助焊剂挥发作用回流形成焊点，与此同时，底部填充材料也经过熔融，固化的步骤，对焊点的形成起帮助保护作用。综上所述，芯片级封装器件生产工艺步骤少，价格便宜。
　　芯片级封装器件，从晶圆﹑底部填充材料﹑到PCB装配结束，底部填充材料经过：胶状底部填充材料滴涂到大晶圆上→底部填充材料固化→晶圆切割→晶片上底部填充材料在PCB回流过程中液化→再固化，具体实施请看下列步骤：
　　滴涂：要求底部填充材料流动性好，便于滴涂。
　　烘烤/切割：经烘烤阶段的底部填充材料，不能有空洞，应为无缺陷的透明填充膜，该填充膜的玻璃转化温度（Tg）必须高于室温，使其在室温环境下切割时没有粘性，刮刀无粘连。
　　助焊：底部填充材料具有助焊功能，器件在回流过程中，底部填充材料可以帮助清除焊球﹑焊料﹑PCB表面氧化层，并随焊球同步延伸，具有同样的张力，同时，填充材料在助焊阶段不能产生任何挥发物，以保证填充稳定性。
　　回流：回流过程中，底部填充物必须流动以确保焊接的形成，同时，覆盖焊点形成保护膜，该保护膜加强焊点与器件基板连接可靠性。
　　固化：底部填充材料经回流后必须固化，以确保焊点形成刚性结构，但该固化时间必须迟于焊料的固化，以保证焊点形成，对于体积大，I/O接口多的器件，经过回流固化后的PCB需再经过低温烘烤，保证底部填充物的充分固化。
　　焊膏：标准的SMT装配过程中，焊膏印刷在PCB焊盘上，从而在回流后形成机械，电气连接，焊膏回流后形成一定的焊点高度，底部填充则增加焊点可靠性，理想状态下，底部填充应缩小焊料范围，并保证回流过程中焊料收缩，无拖尾。
　　返工/返修：底部填充材料必须具备可返工/返修功能，以保证缺陷焊接的返工/返修，因此要求底部填充材料在>220℃时，剪切强度要小，且残留物要容易清除。
　　材料特性（Tg，CTE，E）：底部填充材料必须满足最小的CTE﹑模量系数及Tg要求，满足封装可靠性要求，并能通过温度循环，潮湿阻抗测试。
　　与无铅工艺匹配的
　　现在大多数以铅为基材的焊球采用C4材料，即63%Sn37%Pb，熔点为183℃，符合EU与日本电子元器件生产的立法要求，无铅焊接材料有Sn3.5Ag0.7Cu，熔点217℃；SnCu0.7，熔点227℃；Sn3.4Ag1.0Cu3.3Bi，熔点210℃，意味着对于无铅回流焊接，回流峰值温度至少增加了40℃。
　　由于回流温度升高，对底部填充材料的新要求：
　　热稳定性有待提高：底部填充材料在回流过程中，温度要达到260℃，与无铅焊接材料兼容，在此温度下大多数有机材料已接近其峰值温度，因此，底部填充材料的热稳定性有待提高。
　　底部填充材料助焊能力有待提高：无铅焊料合金因表面抗腐蚀力降低，因而更易氧化，为此，底部填充材料必须具有更强的助焊能力，在回流过程中去除金属氧化物，提高助焊效果。
　　固化延时：因无铅焊料熔融温度升高了近40℃，底部填充材料固化必须在焊点形成之后开始，因此，开始固化时间要延时。
　　缩小焊膏拖尾：无铅焊膏凝聚力小，易流动及出现拖尾现象，过度的拖尾会导致细间距器件短路，因此，底部填充材料必须保证对印刷好的焊料施加最小力的作用。
　　烘烤阶段对WLUF产生影响的三个步骤：
　　底部填充材料的流动：烘烤阶段开始底部填充材料呈半液体状，且粘性小，允许焊球与焊盘之间在焊球塌落时形成良好焊接，底部填充材料的粘性对填充保护膜的形成也是非常重要的。底部填充材料的流动性是通过TMA探针对烘烤阶段底部填充材料厚度进行测试得出的结论，TMA挤压流动测试器在后面有详细描述。
　　烘烤后晶圆的翘