00255芯片級封裝器件的焊球貼裝

1、芯片級封裝器件的焊球貼裝芯片級封裝（csp）已成為面陣列封裝設(shè)計的主要方式，利用其小巧的面積和格柵陣列技術(shù)能做出更小、更快、更便宜的元器件，用于存儲器、電信及多媒體等多種應(yīng)用中。但csp技術(shù)的出現(xiàn)卻給后端工藝帶來了新難題，制造商們必須仔細(xì)考慮工藝流程的參數(shù)，才能使做出的產(chǎn)品的成品率和可靠性等方面滿足應(yīng)用的要求。目前市面上的csp器件類型數(shù)以百計，其中tessera公司設(shè)計的 bga封裝結(jié)構(gòu)設(shè)計靈活，可避免裸硅片與印制電路板（pwb)間因熱膨脹不匹配而帶來可靠性問題，其小巧、輕便、薄型封裝設(shè)計非常適用于便攜式產(chǎn)品和其它空間狹小的應(yīng)用中。然而使這類設(shè)計取得成功的因素對制造來說卻是一種挑戰(zhàn)。csp技

2、術(shù)的出現(xiàn)給后端工藝帶來了新難題，同時由于終端產(chǎn)品市場固有的成本驅(qū)動特性，它還增加了制造商的產(chǎn)量和產(chǎn)能上的壓力，這些難題與壓力促進(jìn)了高速高成品率自動化焊球貼裝工藝需求的增長。1999年意大利一家獨立的半導(dǎo)體存儲器裝配和測試機(jī)構(gòu)eems的自己的工廠著手開始組裝csp，裝配的產(chǎn)品采用tessera的 bga封裝，組裝時對焊球貼裝工藝各方面進(jìn)行了重點考察，包括焊盤形狀、基板載帶、焊球貼放、助焊劑涂敷以及裸片的運送等。為了解決生產(chǎn)難題，eems委托美國robotic vision systems公司的vanguard事業(yè)部安裝了一條完整的焊球貼裝線，其中包括vai 6300自動焊球貼放系統(tǒng)、回流焊爐、回

3、流焊后的清洗和材料運送設(shè)備（圖1）。圖1：一條包括貼放設(shè)備、回流焊爐、清洗和運送設(shè)備的完整焊球貼裝線獨特的焊盤形狀eems的 bga焊盤形狀給焊球貼裝帶來了很多難題，它的焊盤的基板載帶表面下方凹入0.069mm（圖2），這樣的用標(biāo)準(zhǔn)感光劑絲網(wǎng)進(jìn)行焊錫助焊劑印刷時，很難控制助焊劑的用量和避免助焊劑橋接。凹入的焊盤再加上焊盤直徑特別?。?.33mm)，使得對焊球貼放的準(zhǔn)確度要求遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用。普通焊盤設(shè)計允許貼入位置出現(xiàn)偏差，因為輕微偏離的焊球的焊錫回焊時能自行對中到焊盤上；而對于eems封裝來說，位置偏移的焊球不會與焊盤或焊劑接觸，它錯過了焊盤所的的小口袋，因此無法利用焊球、助焊劑和焊盤之間的

4、附著力特性，結(jié)果這個焊盤將漏掉焊球，最終產(chǎn)生不完全回流焊而少一個i/o連接。圖2： bga焊盤凹入基板載帶表面下方0.069mm載帶式基板采用載帶設(shè)計的引腳框組件需對焊球貼裝工藝有一些獨特的考慮。封裝排列的載帶基板上，載帶基板本身又固定的引腳框上，由于基板載帶具有柔韌性，因此最好是的載帶上安排一些孔以便于機(jī)械對位。但在eems應(yīng)用中這卻無法做到，所以將孔留在引腳框上是組裝定位的唯一可選方法。組裝過程中基板載帶可能會伸長，使得引腳框和載帶基板之間誤差產(chǎn)生累積，從而增加了對助焊劑涂敷和焊球貼放工藝精度的要求。由于焊球貼放系統(tǒng)依靠引腳框來進(jìn)行定位，所以這些工藝必須保持很高的精度，以克服因載帶彎曲而可

5、能產(chǎn)生的焊盤位置偏移。除了前面提到的焊盤形狀問題之外，由于的引腳框上固定基板載帶的安裝帶位于焊盤表面上方，所以傳統(tǒng)的助焊劑絲印方法也有困難，刮刀將與安裝帶而不是焊盤接觸，導(dǎo)致助焊劑用量不均勻。裸芯片運送tessera的 bga封裝采用的是裸芯片，沒有用密封劑或模塑保護(hù)，如果不仔細(xì)運送或固定元件很容易損壞。為了將這種損壞的風(fēng)險降到最低，材料的運送的焊球貼裝線每個階段都很重要。集成解決方案對封裝最初的分析表明，需要一個助焊劑涂敷和焊球貼放都有很高精度的高產(chǎn)量解決方案，為了得到可靠的高成品率焊球貼裝，整個生產(chǎn)線必須考慮封裝對每一步工藝的要求。通過客戶和供應(yīng)商工程力量的共同協(xié)作來滿足這些要求，研究重點

6、主要是助焊劑涂敷、焊球貼放、定位夾具以及元件運送等幾個方面。 助焊劑涂敷由于安裝載帶和焊盤形狀的原因而無法使用感光劑絲印來涂敷助焊劑，因此，這里先用了一種剛性助焊劑漏板(rfs）技術(shù)，該技術(shù)可使vai 6300焊球貼放系統(tǒng)為焊球貼裝所需的細(xì)間距助焊劑涂敷提供一個更加精確均勻的方法。對于這里的應(yīng)用來說，rfs主要解決封裝位置精確一致、避免助焊劑橋接、助焊劑一致性、以及基板上有安裝載帶時的助焊劑處理能力等幾個方面。 焊球放置與助焊劑涂敷需要很高精度一樣的道理，焊球貼放也需要同樣的精度。因此，rvsi也將其最新開發(fā)的技術(shù)配備的焊球貼放系統(tǒng)上，這里是用的鉆孔焊球掩膜（dbm)中。和rfs一樣，dbm也

7、是由鋁合金制成并具有與封裝匹配的i/o圖形，為焊球的精確貼放提供保證。rfs和dbm都有固定的焊球面對引腳框進(jìn)行定位的定位銷，這樣更換工具時就無需再作調(diào)整，減少轉(zhuǎn)換時間。dbm的剛性很大，所以用真空或空氣在吸住松開焊球時它不會彎曲，確保焊球貼放的精確度和重復(fù)性達(dá)到最高。另外，dbm具有平滑的表面，可以避免焊球粘附的掩膜中間，提高成品率和設(shè)備運行時間?？偟恼f來，試驗表明dbm的焊球貼放精度能達(dá)到42 m，可很好地控制的工藝誤差范圍之內(nèi)。 定位夾具由于載帶基板具有一定撓性，因此，定位夾具準(zhǔn)確重復(fù)地對每個封裝進(jìn)行定位至關(guān)重要。為了實現(xiàn)準(zhǔn)確的助焊劑涂敷和焊球貼放，加工過程中載帶表面的共面度應(yīng)保持的0.

8、051mm范圍內(nèi)?？墒褂门鋫鋵Ｓ谜婵湛祝總€裸片對應(yīng)一個）的硬不銹鋼插入板，這些獨立的真空孔確保在整個面上支撐引腳框組件，使助焊劑涂敷和焊球貼放操作都的一個平面上進(jìn)行?？墒湛s定位銷預(yù)先將封裝組件對準(zhǔn)，使引腳框位置一致且重復(fù)性高，同時將表面共面度維持的0.051mm范圍內(nèi)，保證了vai 6300助焊劑涂敷和焊球貼放操作所需的準(zhǔn)確度。 元件傳輸為了防止封裝中極易損壞的裸片受到損傷，在整個焊球貼放系統(tǒng)和材料輸送設(shè)備中都使用邊緣傳送帶。這種傳送帶僅與引腳框組件的邊緣相接觸，不會碰到芯片，但是回流焊爐和清洗機(jī)卻都是用不銹鋼網(wǎng)傳送帶，可能會導(dǎo)致部件損壞。為了避免這種危險，vai 180使用一種傳輸線導(dǎo)引器將引腳框組件從焊球貼放設(shè)備移到回流焊爐的傳送網(wǎng)上。導(dǎo)引器的五種流程中選擇一個，將引腳框組件從vai 6300送到選中的回流焊爐傳送帶上，并使傳送網(wǎng)的速度與組件移到回流焊爐的速度相同，完成無縫無碰撞傳輸，避免了傳送網(wǎng)與裸芯片之間發(fā)生有害碰撞的可能性。本文結(jié)論2000年5月，焊球貼裝線已被整合到生產(chǎn)線中并進(jìn)入全面生產(chǎn)階段，轉(zhuǎn)包商可用