00256芯片粘接設(shè)備的選擇策略

1、芯片粘接設(shè)備的選擇策略在工藝研究和隨后的小批量生產(chǎn)階段，oem工程師們要為設(shè)備的選購做大量工作，此時需要對半自動和全自動芯片粘接機的優(yōu)缺點進行仔細研究。裸片粘接設(shè)備能處理多種面陣列封裝互連形式(如倒裝芯片、芯片級封裝等)，因而對性能的要求也有很大不同。工藝工程師所面臨的最大難題是各種倒裝芯片封裝形式以及相關(guān)的處理這些封裝的不同工藝不斷在涌現(xiàn)，如回流焊、聚合物粘接及低熔點粘接等等。根據(jù)設(shè)計不同，有時12m的貼裝精度就可以了，而有時則要求5m甚至更高的精度。目前，工業(yè)用半自動芯片粘接機的倒裝芯片貼裝精度為5m，這種性能使粘接設(shè)備工作時的靈活性得到提高。如果要將半自動機型與全自動機型的速度作比較，很

2、重要的一點是不能只看機器正常工作時的產(chǎn)能，還要把設(shè)置機器所需時間和復(fù)雜程度考慮在內(nèi)。對全自動機而言，要完成芯片與基板上的目標點校準以及設(shè)置放大倍數(shù)和z方向運行范圍等，其學(xué)習(xí)過程花費的時間會很多。全自動機器用一天的時間來進行設(shè)置一點都不奇怪，而對于半自動機型而言則可能只需要15分鐘的設(shè)置時間。因此，如果芯片數(shù)量較少，可用半自動機進行設(shè)置和生產(chǎn)，此時完成任務(wù)所需時間只相當(dāng)于全自動機的準備時間。除了在小批量生產(chǎn)時選購半自動機型具有投資少、設(shè)置簡單等優(yōu)點以外，還應(yīng)該考慮到目前的半自動芯片粘接機不僅能作倒裝芯片粘接，還可以進行激光二極管加熱粘接及低熔點粘接。 基本功能不考慮高密度互連場合，粘接設(shè)備最基本

3、的功能應(yīng)包括裸片吸起與基板對位、施加粘接力以及加熱。芯片對位采用視像系統(tǒng)進行，它利用棱柱分光器，(在處理倒裝芯片時)能夠同時觀察到芯片與基板的圖像。但是視像系統(tǒng)不能使操作者實時觀察粘接的實際過程，有時希望能有一個像繞軸直接觀察顯微鏡之類的放大系統(tǒng)，用來監(jiān)控芯片貼放過程和進行故障診斷(特別是低熔點和激光二極管加熱粘接)。圖1：具有擴展棱柱分光器與繞軸直接觀察顯微鏡成像的半自動激光二極管加熱粘接機圖1顯示在半自動激光二極管加熱粘接機上裝有棱柱分光器和繞軸直接觀察顯微鏡的情況。棱柱分光器在基板焊盤圖像上疊加倒裝芯片凸起的圖像，這對微型倒裝芯片的對位是很重要的，另外還要用到光纖照明，使得圖像呈現(xiàn)不同的

4、灰度以確保觀察正確；同時還有帶可控變焦鏡頭的攝像機，以提供各種放大倍數(shù)條件下的優(yōu)化觀察效果，滿足取料與對位所需最小要求?？梢钥吹?，這種半自動系統(tǒng)不需要像全自動系統(tǒng)那樣進行設(shè)置，全自動系統(tǒng)對位過程利用圖像識別系統(tǒng)來完成，而圖像識別系統(tǒng)則需要一個學(xué)習(xí)過程。無論是半自動還是全自動系統(tǒng)，都需配備適當(dāng)?shù)恼辰恿刂乒δ芤詽M足芯片粘接的需要。假設(shè)使用的是焊接材料，則當(dāng)芯片浸過助焊劑后，即應(yīng)在其上施加足夠粘接力(50-300克)使其正確地在基板上固定；若采用環(huán)氧樹脂等膠粘劑，則施加力的大小與時間都很重要，固化時芯片上所加的力可高達10kg，才能確保粘接良好。其它情況下同樣需要精確的力量大小控制，包括精密的微型

5、芯片以及各工位(取料點、浸助焊劑以及貼裝點)所需力的大小都不相同的情況。倒裝芯片要用回流焊時需另添一臺加熱設(shè)備，或者就在貼放裸片的同一機器里完成回流焊。如果選擇后者，則貼放設(shè)備需要根據(jù)不同情況，用不同的方式進行加熱。比如采用裸片加熱工具、可設(shè)定溫度的升溫臺或者利用熱氣噴嘴的點式加熱工具。值得注意的是采用最后一種點加熱方式一次只能對一個芯片進行加熱，而且還能夠用于返修(圖2)。圖2：用雙熱風(fēng)噴嘴加熱一個芯片全自動粘接設(shè)備也具有同樣的加熱功能，但是用自動系統(tǒng)進行返修卻是不實際的。系統(tǒng)分類與性能在講述其他特性之前，首先應(yīng)考慮粘接系統(tǒng)的應(yīng)用環(huán)境(比如目前倒裝芯片粘接正在普及)，這將有助于確定所需投資的

6、大小并可以深入了解所希望的一些附加特性。例如有一些專為剛剛開始介入倒裝芯片連接的公司而設(shè)計的低價位半自動臺式入門級機型，如圖3所示(1級)。圖3：850型倒裝芯片粘接機(1級)這種設(shè)備具有一定的對位精度，并配有可控粘接力控制和加熱裝置，其貼放精度為12m，可用于電路板或柔性線路板上的倒裝芯片、芯片級器件和裸芯片粘接，沒有經(jīng)過培訓(xùn)的操作人員僅需15分鐘即可掌握這種粘接機。它配有晶圓吸取工位和2,580.64mm2真空臺(尺寸可選)，粘接力為50-300g(可選2kg)，帶有手動或電動助焊劑托盤，產(chǎn)能可達120件/小時。該設(shè)備通過棱柱分光器上的調(diào)節(jié)旋鈕獲取掃描圖像，在處理具有不同間距和凸點尺寸的大

7、型倒裝芯片時，允許操作者以1/2英寸步距使視窗圍繞中心向各方向作前后平移，比如處理凸起直徑在4mil左右而間距在6mil左右的器件。機器上配有x-y精密移動工作臺，并裝有氣動閥和啟動貼裝的z向運動控制按鈕，基板固定裝置在x、y和方向可作微米精度調(diào)節(jié)，它的選件包括工作溫度可達350的加熱裝置和微型熱風(fēng)噴嘴。最近一家半自動芯片粘接機制造商在其倒裝芯片粘接機上推出了一種新選件，可以將采用新型可修復(fù)底部填充材料粘好的倒裝芯片再取下來。這種新式半自動返修工具特別適合于使用新型可修復(fù)底部填充與助焊劑混合材料的倒裝芯片新工藝，如使用新型非流動性可修復(fù)底部填充材料的工藝。該工具包括一個聚熱式芯片加熱源、帶基板

8、固定裝置的加熱臺、芯片抓取器、對位顯微鏡、一個內(nèi)置有計算機和電源的控制盒以及工作臺清潔系統(tǒng)。應(yīng)注意雖然這些特性可以增加半自動機型的功能，但卻不能用于在線式全自動粘接設(shè)備中。對于要求更高的應(yīng)用，諸如金凸起倒裝芯片以及相關(guān)的激光二極管加熱粘接等，對溫度、壓力和速度控制的要求更加嚴格。圖4：860型omni粘接機(2級)圖4所示的多功能機型其性能與復(fù)雜性均屬于更高一個級別(2級)，這種半自動臺式機含有棱柱分光器與繞軸直接觀察顯微鏡，適用于要求機器性能更高(如更大粘接力控制)及功能更通用的用戶，以便處理小批量含有金、普通焊料、膠粘劑或柱形凸起的倒裝芯片及激光二極管加熱粘接和低熔點粘接等。這類系統(tǒng)能夠?qū)?/p>

9、尺寸通常在3.8076mm2至645.16mm2之間的裸片進行對位和粘接，貼裝精度為5m，產(chǎn)能為120件/小時。其標準選件包括電動旋轉(zhuǎn)夾頭、電動掃描(便于對周邊進行觀察)及快速加熱吸嘴等，其中最后一種選件特別適用于熱壓粘接?？焖贌嵛旒瓤梢詫⒌寡b芯片加熱至預(yù)定溫度，也可以按指定的速率迅速升溫并在不同的溫度設(shè)定點保持準確的時間長度。對于溫度特別高的工藝，該系統(tǒng)還可配備升溫速度為20/秒，最高溫度可達500或更高的加熱臺。第3級設(shè)備是要求最高的機器，具有更大粘接力、更高精度和更強的通用能力，圖5：410型倒裝芯片粘接機(3級) 圖5中的落地式半自動裸片粘接機就屬于這種。這類機器主要用于試驗室與工藝

10、開發(fā)部門，他們需要的設(shè)備必須具備多種性能及較大加工臺面，以完成樣品開發(fā)以及前沿技術(shù)特性研究，包括激光二極管加熱粘接及下一代多層電路板等。這一類粘接機的貼放精度為5m，適用裸片尺寸從6.4516mm2至645.16mm2，并能用熱風(fēng)實現(xiàn)點加熱。它的工作臺溫度很高，閉環(huán)控制粘接力的大小從5g至10kg(對于玻璃板上的芯片加工還可提供更大粘接力)，并且可以裝上超聲刷對微波(microwave)倒裝芯片進行熱聲粘接。其加熱臺面積為3,870.96mm2，在x、y及方向可作6mm電動調(diào)節(jié)，另外它還有電動調(diào)焦與視窗移動功能，可以在較高放大倍數(shù)下觀察大尺寸芯片。其操作時序可編程控制，并能以宏的形式存入系統(tǒng)中。3級設(shè)備必須安裝在防震臺上，以保證精確貼裝所需的穩(wěn)定性。上述各種系統(tǒng)的最大產(chǎn)能約為120件/小時，對于研發(fā)及大部分小批量(甚至一些中批量)生產(chǎn)而言，這一速度已足夠了。如果產(chǎn)能要求很大，就需要考慮購買帶圖像識別的高速自