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(guò)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(duì)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(dòng)速度和較短的固化時(shí)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(kāi)發(fā)的非流動(dòng)型底膠(以下簡(jiǎn)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(guò)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(shí)了在OSP涂覆和Ni/Au鍍膜焊盤(pán)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(pán)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(pán)的產(chǎn)品更獲得合格率。盡管按照生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)來(lái)看，試驗(yàn)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(guò)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(duì)NFFUF產(chǎn)品進(jìn)行測(cè)定，設(shè)計(jì)了一種新型雙面試驗(yàn)媒介，采用62mil厚FR-4基板和OSP涂覆銅焊盤(pán)。面陣列器件包括一面(共6個(gè)位置)有2個(gè)不同全陣列倒裝芯片，另一面則有8個(gè)CSP和2個(gè)BGA。
        在檢測(cè)電路板和器件的過(guò)程中，出現(xiàn)了兩個(gè)問(wèn)題。，電路板上倒裝芯片的位置與計(jì)劃位置正好相反。盡管裸片上大部分區(qū)域依然可以測(cè)定連續(xù)性，但是有一個(gè)焊球?qū)?zhǔn)了阻焊膜而相應(yīng)的焊盤(pán)卻無(wú)焊球。器件對(duì)位不準(zhǔn)的主要問(wèn)題是阻焊膜上的焊球使其他焊球無(wú)法形成適當(dāng)?shù)乃荨：盖虻钠钜蚵闫悺?00個(gè)l/O(FA-10) 的200mil×200mil裸片只有一對(duì)焊球與焊盤(pán)錯(cuò)位，而帶1200個(gè)l /O(FA-10)的400mil芯片有4對(duì)焊球錯(cuò)位。
        在第二面上，檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)的主要問(wèn)題是1英寸方形大型BGA的平面性，被測(cè)的BGA由256個(gè)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(wèn)題，CSP為400mil見(jiàn)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(wèn)題照例見(jiàn)于外面一行焊球的一側(cè)。在器件檢驗(yàn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)的BGA翹曲可能是造成這個(gè)問(wèn)題的原因。
        正確選擇產(chǎn)品縮短烘干時(shí)間
        在每個(gè)生產(chǎn)工序?qū)κ褂眯滦蚇FFUF的注意事項(xiàng)和組裝約束條件進(jìn)行了調(diào)查：預(yù)烘干、點(diǎn)膠操作、貼裝操作和回流操作。
        無(wú)論使用NFFUF產(chǎn)品還是傳統(tǒng)的毛細(xì)填充法，實(shí)現(xiàn)可靠的倒裝焊接的一個(gè)決定性因素是消滅較大的空洞，特別是在焊球之間。空洞主要是由基板所含的水分以及在點(diǎn)膠和貼片過(guò)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(diǎn)上的壓力迫使焊料進(jìn)入空洞。只要空洞足夠大，焊料就會(huì)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(guò)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(guò)預(yù)烘干。為了確定消除此類空洞的正確烘干溫度和時(shí)間導(dǎo)向，進(jìn)行了兩次試驗(yàn)分析。
        60℃預(yù)烘干測(cè)定結(jié)果顯示，即使經(jīng)過(guò)96小時(shí)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(shí)的預(yù)烘干時(shí)間范圍內(nèi)，40個(gè)組件的良率達(dá)到；而在120℃下預(yù)烘干 18小時(shí)的電路板良率較低，約90%。橫截面顯示焊球至焊盤(pán)的濕度有問(wèn)題，這說(shuō)明了在電路板選用OSP銅保護(hù)劑時(shí)氮?dú)猸h(huán)境的烘箱的使用價(jià)值。
        此外，三種不同的NFFUF在兩種條件下(無(wú)預(yù)烘干時(shí)間和在120℃ 下預(yù)烘干2小時(shí))利用62mil FR-4組件配置上的PB-500器件進(jìn)行了評(píng)估。這項(xiàng)研究的結(jié)果顯示，配方成分對(duì)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(shuō)明了正確地選擇產(chǎn)品可以縮短烘干時(shí)間。
        盡管Kapton組件也在120℃下預(yù)烘干2小時(shí)，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(wèn)題的關(guān)鍵。因此，對(duì)Kapton 基板能夠經(jīng)受潮濕環(huán)境的時(shí)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(diǎn)膠NFFUF的一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題是在點(diǎn)膠或材料流動(dòng)過(guò)程中，膠點(diǎn)模式對(duì)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(pán)和PB-500裸片對(duì)三種膠點(diǎn)模式進(jìn)行研究，焊盤(pán)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(shí)。用容積式自動(dòng)點(diǎn)膠機(jī)，點(diǎn)涂所需數(shù)量的NFFUF。
        對(duì)組件(每個(gè)膠點(diǎn)模式10件)進(jìn)行C-SAM檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，團(tuán)形膠點(diǎn)無(wú)氣泡，而其他兩個(gè)模式有時(shí)在焊點(diǎn)周圍產(chǎn)生小空洞，有時(shí)順著溝槽形成狹長(zhǎng)的小氣泡。可以斷定，在若干個(gè)流體會(huì)聚成一點(diǎn)的情況下，容易攔住氣泡。團(tuán)形膠點(diǎn)模式的另一優(yōu)點(diǎn)是點(diǎn)膠時(shí)間比X形或5點(diǎn)形大為縮短。
        采用一種NFFUF產(chǎn)品對(duì)三個(gè)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(shí)間和貼裝力。貼裝速度和停留時(shí)間(放置以后壓住裸片的總時(shí)間)是影響產(chǎn)量的重要因素，而貼裝力則對(duì)產(chǎn)量沒(méi)有影響。
        貼裝停留時(shí)間和貼裝力對(duì)連續(xù)性良率具有突出的影響：停留時(shí)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(pán)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(píng)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(guò)調(diào)諧和穩(wěn)定生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)一步改進(jìn)。另外，還需要對(duì)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(duì)電路板生產(chǎn)、空洞和良率涉及的問(wèn)題繼續(xù)進(jìn)行分析和解決。