鍵合和導(dǎo)電性鍵合越來越為制造商所普遍采用, 他們企望著將IC粘接到廉價的載片材料上,比如PET或PES（聚脂,聚醚類表面活性劑）上。迄今為止,還沒有出現(xiàn)主流技術(shù)。針對不同的鍵合技術(shù),鍵合機必須具備一定的條件,才能經(jīng)濟地滿足這些前瞻性的封裝和鍵合過程的要求。
過去的十年里,含鉛焊料正面臨被放棄,而IC和其它元件的焊點也變得越來越細(xì),這樣就導(dǎo)致許多制造商選擇鍵合,特別是導(dǎo)電性鍵合作為其自含連接技術(shù)。首先,無鉛焊料的熔點高于對粘接劑實施固化所需要的熔點。因此,實施無鉛化技術(shù)就對電路板和芯片的耐熱性提出了更高的要求,相應(yīng)地增加了總體成本。相反,采用低溫基板的低溫工藝就特別適合于這類應(yīng)用,這類基板可使用諸如PET和PES一類的材料。
在使用鍵合技術(shù)的倒裝芯片中,大多數(shù)使用金凸點。比如,先將金的導(dǎo)體鍵合在芯片的接觸表面上,然后再分離。采用這一工藝加工形成的金凸點雖然長度各不相同,但是仍然可以在同一高度上取平。在此需要指出的是,粘合劑的固化并不導(dǎo)致芯片的自動居中。就是說,這種鍵合工藝的精度必須比焊接式的倒裝芯片工藝的精度更精確些。
依照導(dǎo)電率的不同,先進(jìn)倒裝芯片封裝的鍵合技術(shù)可以分成三類：各向同性導(dǎo)電膠ICA,各向異性導(dǎo)電膠ACA,和非導(dǎo)電膠NCA。為了達(dá)成預(yù)期的特性和低成本制造的目的,可以單獨使用或者組合使用這三種技術(shù)。
使用ICA的倒裝芯片封裝
各向同性導(dǎo)電膠由于富含導(dǎo)電物質(zhì)而得名,典型導(dǎo)電物質(zhì)是銀屑或銀粒。由于在所有三個方向粒子彼此之間接觸性相同,所以ICA在所有方向的導(dǎo)電性也完全相同。ICA封裝的結(jié)構(gòu)和鍵合工藝非常接近于傳統(tǒng)的焊料鍵合技術(shù)。導(dǎo)電膠僅用于需要導(dǎo)電連接的地方。ICA通過滾刷或點涂的方式應(yīng)用在襯底或基板的平滑表面上。因為圖形比基板接觸表面要小,因此在后續(xù)的定位和芯片受壓時,相鄰連接之間不會連橋。
另一方法是將金凸點減低到浸漬單元時,導(dǎo)電膠被芯片提取。這一工藝可能要求在浸漬之前就必須平整金凸點。緊接著,將芯片精確定位在基板上,然后固化ICA。傳統(tǒng)的填充料或NCA用來填充芯片和基板之間的狹小縫隙。NCA可以在低溫情況下提供更為快速的固化,因而能確保更好的粘接。由于填充料是流動的,為了避免導(dǎo)電膠流動或被沖走,需要在中間溫度時對其進(jìn)行預(yù)固化。最后的結(jié)合固化在某一合適溫度下進(jìn)行,該溫度取決于多種因素,比如ICA和NCA填充料的特性、張力要求及期望的生產(chǎn)產(chǎn)出量等。
多種多樣的導(dǎo)電鍵合工藝、特殊特性、粘合劑的廣泛采用,這些都對倒裝芯片鍵合機的精度、功能范圍和適應(yīng)性提出了更高的要求。因為采用該鍵合技術(shù),要靠熔融焊料的表面張力將芯片“牽拉”到焊接節(jié)點的中央。所以,需要極其精確的芯片定位技術(shù)。
使用ACA的倒裝芯片封裝
各向異性導(dǎo)電膠有膠膜（ACF）或漿糊兩種形式（ACP）。它們只含有小部分的導(dǎo)電填充料,其自身并不導(dǎo)電。一旦施加給芯片的外部壓力使電路基板的下接觸面和金凸點捕獲導(dǎo)電粒子后,就會形成直形或環(huán)形導(dǎo)電連接。在加壓階段,導(dǎo)電膠必需固化,比如可以通過鍵合頭或吸取夾具的溫度控制來實現(xiàn)。然而,使用鍵合頭來固化ACA,定位和固化這兩部就不能分離,不能在兩個處理部連續(xù)執(zhí)行。這限制了產(chǎn)能,外加高昂的材料價格,就使得ACA鍵合技術(shù)不具備大批量生產(chǎn)的優(yōu)勢。
另外,ACA鍵合技術(shù)對鍵合機的定位精度要求極其苛刻。通常,被捕獲的單個導(dǎo)電粒子提供連接,所以ACA工藝需要極其平整的封裝表面,以免芯片歪斜。2200 apm+通過一個履帶升降夾持系統(tǒng)來確保芯片和載片料之間的平行對準(zhǔn)。（圖2）ACA鍵合主要用于管腳極密的場合,效果極佳。
使用NCA的倒裝芯片封裝
使用非導(dǎo)電膠的倒裝芯片粘接具有卓越的特性,特別是使用堆疊金凸點時。但是在很多時候,使用金或鎳/金合金凸點時成本更加低廉。因為凸點和電路夾具的接觸面之間的直接接觸十分關(guān)鍵,所以在固化過程中,要求較高的精度和較高的施加壓力。通常,廉價的非導(dǎo)電膠可以在160℃到180℃之間,在10秒種以內(nèi)設(shè)定好。這一技術(shù)極大地擴展了封裝技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域,使得可以使用更低廉的襯底,比如PET或PES,來實現(xiàn)低成本大批量生產(chǎn)。缺點是由于使用加熱鍵合頭來固化粘接劑,從而降低了產(chǎn)出率。
要解決鍵合技術(shù)中遇到的減低產(chǎn)出率的挑戰(zhàn),可以使用智能解決方案,比如對于芯片卡模塊采用盤帶－盤帶生產(chǎn)線。為對應(yīng)高壓和高溫的應(yīng)用要求,鍵合和固化可以分開進(jìn)行,從而維持產(chǎn)出率。因為基板是盤帶形式,而且最終成形的芯片卡模塊出廠時也是盤帶,就形成了連續(xù)的生產(chǎn)線解決方案。生產(chǎn)線由幾個處理單元組成,它們通過共同的傳輸系統(tǒng)和數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)來連接。先給分料單元的襯底提供NCA,然后吸取芯片并將芯片定位在襯底上。隨后,將組裝模塊送到固化單元,幾個芯片卡模塊上的粘接劑同時在此進(jìn)行熱處理,而進(jìn)行熱處理的印頭是多樣的、獨立加熱的和受控的。
跨學(xué)科通力合作的最好結(jié)果
倒裝芯片封裝對封裝技術(shù)的挑戰(zhàn)能通過用戶和解決方案提供商之間的跨學(xué)科協(xié)作得以完滿解決。合作的共同點是靈活的、模塊化的、可擴展的設(shè)備平臺。與用戶結(jié)成團隊,利用這樣的平臺來開發(fā)封裝和鍵合工藝,創(chuàng)造強健的生產(chǎn)系統(tǒng),從而為任何量產(chǎn)型生產(chǎn)提供快速的應(yīng)對措施和高效的生產(chǎn)模式。. |
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