傳統(tǒng)上，倒裝芯片多半帶有較大間距的焊接凸點，但隨著組件朝小型化和精密化方向發(fā)展，半導(dǎo)體封裝的尺寸也必須并駕齊驅(qū)。新的設(shè)計在更緊湊的間距中糅合了更細(xì)小的焊接凸點，且在多數(shù)情況下減少了總I/O數(shù)。由于用更少數(shù)量和更小直徑的焊接凸點來分?jǐn)傎N裝力負(fù)荷，制造商能否提供低壓力貼裝解決方案以滿足需要變得非常重要。本文將討論其中一種工藝，并闡述減低倒裝芯片在貼裝時承受初始峰值沖擊力的一些方法。  

　　傳統(tǒng)的表面貼裝組件特別是大引腳元件正在向著更緊密的芯片級封裝和倒裝芯片技術(shù)過渡，所以我們也看到大多數(shù)微電子制造行業(yè)正經(jīng)歷著復(fù)興。伴隨著倒裝芯片技術(shù)不斷發(fā)展，越來越多功能可以轉(zhuǎn)移到單個芯片上，這為芯片設(shè)計者減小封裝尺寸提供了很大幫助，更小的封裝尺寸也衍生出對于更少焊球數(shù)及更高密度焊接凸點陣列的要求。 

　　醫(yī)用電子制造業(yè)是率先采用更小更精密封裝的行業(yè)，可植入式器件如心臟起搏器和除顫器等正不斷朝著小型輕巧的方向發(fā)展，而且具備更強的功能。它們使用的倒裝芯片焊球數(shù)都比較少，許多必須進(jìn)行低壓力貼裝。在這里我們把小于150g的拾取、浸蘸或貼裝力皆被視為“低壓力”，假如將標(biāo)準(zhǔn)力施加于拾取、浸蘸焊劑或貼放過程中，焊接凸點就會壓扁，防止焊球數(shù)少的倒裝芯片在浸蘸薄層助焊劑時受壓變形或焊接凸點高度減小成為工藝控制的關(guān)鍵。 

　　設(shè)備制造商正在以各種方式解決貼裝力低于標(biāo)準(zhǔn)范圍時遇到的問題，從軟件控制到機械組裝以及兩者的結(jié)合。對許多電子制造商來說，關(guān)心的問題是在貼裝過程施加的總壓力，然而一個常被忽略但同樣甚至更加重要的問題是倒裝芯片在拾取或浸蘸過程中所受的初始峰值沖擊力。 

　　這個峰值沖擊力可將焊接凸點壓扁，嚴(yán)重時更會把過多的助焊劑擠到焊接凸點和裸片表面，從而引起焊接凸點短路。無論用什么方法，都遵循基本的物理定律，因為能量守恒，貼裝工具和倒裝芯片在沖擊前的動能會傳遞給基板，使基板產(chǎn)生反作用力，因此如想減小初始沖擊力，必須降低貼裝工具的總重量或在沖擊時工具移動的速度。 

　　在考慮整個工藝時，減小沖擊力顯得更為重要。以華夫盤裝的倒裝芯片為例，每個元件將承受三次沖擊，每次均會造成整體焊接凸點壓扁。次是拾取芯片，第二次是浸蘸操作，第三次是把組件貼到基板上。假如貼裝工具的沖擊力很大，便會存在焊球過分壓扁的風(fēng)險，導(dǎo)致性的焊球變形和電氣短路。 

　　低壓力貼裝法 

　　低壓力貼裝法因設(shè)備制造商而異，下面介紹其中一例及設(shè)計應(yīng)用。 

　　傳統(tǒng)低壓力貼裝法利用軟、硬件控制的組合，吸嘴配備一個內(nèi)部彈簧組件和特氟隆套管，使吸嘴桿能夠在吸嘴內(nèi)伸縮，貼裝力是彈簧倔強系數(shù)的函數(shù)。軟件控制驅(qū)動貼裝頭和吸嘴組件沿Z向移動至適當(dāng)位置，使組件與基底以零貼放力接觸。由于彈簧倔強系數(shù)已知，貼裝頭可以下降達(dá)到貼裝力所需的距離，用這個方法時貼裝力可保持在30g至100g范圍。 
 
　　傳統(tǒng)低壓力貼裝法獲得了廣泛應(yīng)用。然而由于焊接凸點I/O數(shù)和整體封裝尺寸逐漸變小，一些固有的局限性變得越來越明顯，為此必須采取另外更穩(wěn)妥的方法進(jìn)行低壓力貼裝。 

　　前面講過，初始沖擊力是貼裝工具重量和沖擊速度的函數(shù)，傳統(tǒng)方法針對元件在貼裝過程中的規(guī)格化負(fù)荷問題，未能有效考慮初始峰值沖擊力。影響峰值沖擊力的主要因素是貼裝頭與吸嘴組件的綜合重量，為此必須研究如何減少總體運動質(zhì)量。 

　　由于單獨貼裝頭組件相當(dāng)沉重，必須找到減重但不影響性能的方法，因此把新設(shè)計很貼切地稱作LMR(Low Mass Redesign)，用LMR貼裝頭取代現(xiàn)有貼裝頭除了能減少重量外，還有下面一些優(yōu)點。 

　　1. 與原來20g～90g以及150g～2500g相比，新設(shè)計的力度范圍是30g～2500g。 

　　2. 不再需要使用大體積的低壓力吸嘴，可以節(jié)省成本。 

　　3. 可使用沖擊傳感器，并將傳感器的觸發(fā)力調(diào)整到30g左右，微小的基板高度偏差不會對實際貼裝力造成影響。 

　　4. 同軸度極高。貼裝頭在旋轉(zhuǎn)過程中幾乎不會發(fā)生徑向跳動，在吸片和貼裝時可提供更好的。 

　　5. 初始峰值沖擊力減少約70%(與減慢貼裝頭速度配合時)。 

　　LMR貼裝頭利用沖擊傳感器來檢測芯片是否以設(shè)定的壓力貼在基板上，因此不需要低壓力吸嘴上的彈簧組件，可降低每個吸嘴的成本。 

　　LMR貼裝頭針對動量變化而設(shè)計，通過減小貼裝工具的速度，峰值沖擊力可以進(jìn)一步下降。過去有一種減小沖擊力峰值的方案是減小貼裝頭的貼裝速度，然而這樣做卻要付出代價：沖擊峰值確實得以減小，但延長了生產(chǎn)周期。在貼裝元件過程中貼裝頭一般在Z向行程內(nèi)以速度和加速度運動，當(dāng)達(dá)到電路板高度設(shè)定的距離時，貼片機控制軟件會將運動軸以受控減速方式過渡到變速模式，沖擊力因此得以減小。 

　　從制造角度看，即使機器的產(chǎn)量出現(xiàn)細(xì)微改變，也會對整個生產(chǎn)線表現(xiàn)造成很大的影響。因此變速必須進(jìn)行調(diào)整，以便在維持整體機器產(chǎn)量同時限度地減小峰值沖擊力。為此須對變速參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，使貼裝頭以速度通過一大段Z向行程以后再減速。變速加上有效的沖擊檢測，可實現(xiàn)可控和可重復(fù)的低壓力貼裝，并且能減少焊接凸點損壞，提高產(chǎn)品良率。 

　　DCA(芯片直接貼裝)的總目標(biāo)是施加充分的力，一方面使芯片所有焊接凸點“平壓”到近乎相同的高度，另一方面保證獲得的焊接凸點高度，避免在芯片表面浸蘸助焊劑。從我們實驗數(shù)據(jù)來看，在合力300g或每個焊接凸點37.5g(8焊接凸點芯片)的情況下，焊接凸點高度接近95μm；當(dāng)合力接近1250g或每個焊球156g(8焊球芯片)時，就會進(jìn)入焊接凸點高度低于助焊劑薄膜厚度的危險區(qū)。在156g時，焊接凸點高度減小到55μm左右,大致是初始焊接凸點高度的一半，或剛好高于助焊劑薄膜厚度50.4μm。 

　　與原來的標(biāo)準(zhǔn)軸相比，LMR軸的沖擊力大約是其三分之一（170g/600g），而且提供30g的可編程貼裝力(標(biāo)準(zhǔn)軸150g)。因此，LMR軸對于貼裝體積小焊接凸點數(shù)量少的倒裝芯片比標(biāo)準(zhǔn)軸更為可取。 

　　無論對產(chǎn)品良率還是缺陷成本，焊接凸點損壞都有極大的影響，許多看得到的缺陷都是在倒裝芯片封裝時焊接凸點過度壓扁引起電氣短路造成的。采用低壓力解決方案可徹底消除焊接凸點損壞引起的短路，這樣有助于提高產(chǎn)品良率并節(jié)省成本。 

　　從圖中可看到每月成本節(jié)約情況，這是根據(jù)所有產(chǎn)品實施低壓力方案以后的LMR測試結(jié)果和產(chǎn)品良率而預(yù)測的成本節(jié)約?？梢郧宄乜吹綄嵤┑蛪毫N裝之后，良品率的改進(jìn)對成本的節(jié)約有很顯著的影響。 

　　很遺憾，沒有任何通用規(guī)則可以確定各個焊接凸點數(shù)的理想貼裝力，有很多因素會影響焊接凸點的變形程度，包括焊接凸點數(shù)量、沖擊峰值、焊接凸點冶金學(xué)、施力大小和時間等。本文討論的結(jié)果以LMR低壓力法為依據(jù)，該方法會因設(shè)備制造商而異。但是不管怎樣，根據(jù)當(dāng)前的趨勢和ITRS(國際半導(dǎo)體技術(shù)發(fā)展規(guī)劃)制定的焊接凸點尺寸/間距，低壓力貼裝能力將會變得越來越重要。對于低I/O數(shù)倒裝芯片，了解和規(guī)范貼裝工具在沖擊峰值方面的性能非常關(guān)鍵。就本文所提到的例子而言，良率提高了2.5%，即意味著成本得到節(jié)約。