倒装芯片装配与芯片贴装技术 芯片处理与芯片拾取

简介

许多表面贴装机器已经重新装备了倒装芯片的贴装能力。典型地，SMT机器具有生产相对于比微电子封装大的印刷电路板（PCB）。大的工作区域即要消耗X-Y运动的时间，从而影响生产率。PCB处理能力也将影响机器的占地面积（footprint）。10,000级的清洁室内装配车间的单位成本比SMT装配车间贵许多。最后，集成上助焊剂能力的机器通常将增加每个芯片贴装的时间1~2秒。这个额外的工艺时间必须考虑，并与上游上助焊剂系统及有关成本一起衡量。

芯片处理 　　

倒装芯片安装机器需要能够处理以各种形式出现的芯片。窝伏尔组件（Waffle pack）、卷带供料器（tape feeder）和晶圆环（wafer ring）是其中最普遍的形式，它们每一个都有优点和局限。

窝伏尔组件（Waffle pack）：允许组装已知好芯片（KGD, known good die）的封装。这减少了将电器上有问题的芯片放入电器上好的封装内。纵横比（aspect ratio）或者芯片尺寸相当于窝伏尔组件（Waffle pack）的凹坑尺寸应该紧密控制，以减少处理期间芯片的移动。理想地，在X与Y轴上，凹坑的尺寸应该不大于芯片尺寸的百分之十。在高产量装配中使用窝伏尔组件（Waffle pack）的限制条件是相对很少芯片可以放在或者2"或者4"的窝伏尔组件（Waffle pack）内。芯片越大，越少可以放在组件内，它导致经常性的机器装料。最后，使用窝伏尔组件（Waffle pack）在芯片安装工序之前产生一个额外的工序，芯片拣选/拾取和放置。

卷带供料器（tape feeder）：以卷带供料器给与芯片安装机器的芯片对于芯片安装工艺的优点类似于窝伏尔组件（Waffle pack）方法。卷带供料器的使用通常解决KGD的问题，可适合于那些装备用倒装芯片贴装但不能处理晶圆（wafer）的SMT机器。同样，卷带供料的芯片要求在芯片安装之前的芯片拣选/拾取与贴装工艺。

晶圆环（wafer ring）：粘贴在带上供给机器的晶圆和晶圆环也许是最普遍的芯片供给形式，特别是在传统的芯片安装工艺中。该方法通常最适合于高产量装配。它也要求对有关芯片排出（die-eject）优化的严密注意。芯片排出针和芯片排出帽需要仔细挑选，以实现一个稳定的排出工艺。其他参数，诸如针尾高度和排射速度，需要检定。如果这些参数不考虑，芯片破裂、微裂纹和误拾可能会发生。

芯片排出与芯片拾取 　　

芯片排出

为了从晶圆带上成功地排出芯片，关键是定制排出冲头（eject chuck）（或帽）的尺寸和正确地将排出针（eject needle）间隔到芯片尺寸。作为一般原则，针的周长间隔应该不小于芯片周长的80%，并且总是有一根针在中央位置。

针的选择是排出工艺的另一个关键方面。带尖刺的针可能刻伤芯片的背面，这可能导致裂纹。在顶尖有一个半径的排出针应该不会刺伤卷带，因此消除这个问题。可是，通常需要两阶段的排出工艺。通过机器软件增加一个短暂延时，以允许带从芯片的角上剥离。当围绕顶针周围的带仍保持与芯片接触时，针可以升到编程的最后位置，芯片拾取工序可以完成。较大的芯片要求较长的延时来等待卷带从边缘剥离。

芯片拾取（Die Picking）

拾取工具按照顶针的材料来选择，应该为芯片定制尺寸。完全排列的倒装晶圆（flip chip）的芯片（die）（芯片顶面全部放置了锡球）要求一个柔顺的接触表面，以维持真空。这通常是对于大的芯片（大于10mm2）。

周围排列锡球的芯片允许用户选择硬顶尖的工具，它可加速在较小芯片上贴装期间的芯片粘贴。材料必须是防静电的，因此不会伤害到电路。 印刷助焊剂与芯片贴装精度 　　

倒装芯片装配的一个重要特性是倒装芯片元件可以在锡球回流期间“自我对准”的能力。当锡球达到液化状态，由液体焊锡熔湿（wetting）接合焊盘所产生的力量足以将元件拉到与接合焊盘的完美对中。由于这个理由，倒装芯片元件的初始贴装有比原先预想的稍微较大的公差。按照焊盘尺寸的百分比，倒装芯片的锡球可以与接合焊盘的中心误差达到25%。这个误差的绝对值取决于焊盘与锡球的直径，因为大的锡球有较大的贴装公差。大多数今天的FCA系统能够达到±10?m或更好的贴装可重复性。

芯片的贴装率一般是机器精度与构造以及工艺步骤的产物。一部高精度机器（低于10微米）依靠通过机器软件的运动控制设定来达到更准确和可预计的贴装点位置。这些额外的运算增加轴的运动时间，这是一个取决于机器实际工作区域的问题。

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