利用各向同性導電膠進行倒裝芯片裝配時的考慮要素

   各向同性導電膠(ICA)是作為傳統錫鉛焊料的代用品而開發的。ICA的填充劑含量較高(約80%)，在不允許高溫焊接的電子連接應用中，可作為焊膏的替代品。ICA的優點包括加工溫度低、無鉛、免助焊劑、免清洗、工藝簡單等。但與成熟的回流焊接技術相比，導電膠連接技術目前仍處于雛形階段，對于高密度和超細間距應用尤其如此。
  在(zai)ICA應(ying)用(yong)中采(cai)用(yong)漏版印(yin)刷工藝(yi)，可(ke)使處理間(jian)距(ju)(ju)(ju)細至(zhi)0.25毫米的(de)(de)(de)元(yuan)件(jian)成為可(ke)能。經(jing)驗(yan)表(biao)明(ming)，對(dui)(dui)于間(jian)距(ju)(ju)(ju)0.5毫米的(de)(de)(de)元(yuan)件(jian)，生產工藝(yi)要求貼片(pian)精確(que)度(du)為75微(wei)米;而(er)對(dui)(dui)于間(jian)距(ju)(ju)(ju)在(zai)0.25至(zhi)0.5毫米的(de)(de)(de)細間(jian)距(ju)(ju)(ju)元(yuan)件(jian)，則要求貼片(pian)精確(que)度(du)達(da)(da)到50微(wei)米。從ICA應(ying)用(yong)技術的(de)(de)(de)最新進展來看，其連接密度(du)有(you)望進一步達(da)(da)到80微(wei)米。可(ke)以(yi)為細間(jian)距(ju)(ju)(ju)貼片(pian)機配備(bei)浸膠裝(zhuang)(zhuang)置，供沾(zhan)浸元(yuan)件(jian)焊點使用(yong)，這種(zhong)工藝(yi)對(dui)(dui)于倒裝(zhuang)(zhuang)芯片(pian)裝(zhuang)(zhuang)配具有(you)很(hen)強(qiang)的(de)(de)(de)吸引(yin)力。

  然而，當沾有ICA的元件被(bei)貼(tie)裝(zhuang)(zhuang)到電(dian)路板上時，膠劑受擠壓會從元件下表面逸出，而在固化(hua)時，被(bei)擠出的ICA不能(neng)回(hui)流，因而元件無法產(chan)生類似回(hui)流焊(han)接(jie)的自對(dui)中(zhong)效(xiao)應。由于存在固化(hua)時不能(neng)進行位置(zhi)修正的現象，我(wo)們針對(dui)該工藝(yi)的適(shi)用性(xing)進行了一(yi)項調研，以明確ICA倒裝(zhuang)(zhuang)芯片(pian)裝(zhuang)(zhuang)配的貼(tie)裝(zhuang)(zhuang)參數，如貼(tie)片(pian)精確度、貼(tie)片(pian)力(li)等。在實驗(yan)中(zhong)，將倒裝(zhuang)(zhuang)芯片(pian)貼(tie)裝(zhuang)(zhuang)偏移量(liang)逐(zhu)步增大(da)，焊(han)接(jie)點的電(dian)阻(zu)則在固化(hua)后立即(ji)進行測量(liang)。

  我(wo)們在實(shi)驗(yan)中(zhong)采(cai)用安必昂(ang)ACM貼(tie)片(pian)機完(wan)成(cheng)吸取、識(shi)別對中(zhong)、ICA沾浸(jin)、貼(tie)片(pian)等系列工序，試驗(yan)使用的倒裝芯片(pian)有4×14個金(jin)焊點(dian)，焊點(dian)間(jian)距(ju)為(wei)300微(wei)米，直徑為(wei)80微(wei)米。倒裝芯片(pian)浸(jin)入Amicon 3502 ICA，然后貼(tie)裝至(zhi)1.6毫米厚(hou)帶(dai)鎳金(jin)涂層(ceng)的單層(ceng)FR4基板上。倒裝片(pian)粘結墊之間(jian)的連接允許(xu)進(jin)行(xing)菊(ju)花(hua)鏈測量(liang)，每塊倒裝片(pian)設(she)四個位置進(jin)行(xing)四點(dian)測量(liang)。

  倒(dao)裝芯片(pian)的焊(han)點浸(jin)入ACM助焊(han)劑裝置(zhi)內約50微米厚ICA膠層，沾(zhan)浸(jin)時間為200毫秒，沾(zhan)浸(jin)力(li)為0.5N，貼片(pian)力(li)為1.5N。膠劑用批次(ci)(ci)式(shi)處理(li)爐在150℃溫度下固化15分鐘。由于(yu)目前尚無有關ACM的ICA沾(zhan)浸(jin)工(gong)藝經驗，所以此次(ci)(ci)對沾(zhan)浸(jin)質量(liang)的研(yan)究(jiu)還屬首次(ci)(ci)。

  元件浸入ICA層(ceng)后(hou)(hou)貼至電(dian)路(lu)板，然(ran)后(hou)(hou)再取下。檢查(cha)(cha)結果顯示，電(dian)路(lu)板焊盤上存在無ICA或(huo)ICA不足現(xian)象，這表(biao)明(ming)固化后(hou)(hou)會導致無接(jie)點或(huo)產生壞接(jie)點。檢查(cha)(cha)沾浸后(hou)(hou)放平的(de)金焊點發現(xian)焊點上存留的(de)ICA量不足。

  對上(shang)述(shu)現象進行(xing)研究表明，元件(jian)從ICA中抽出時所(suo)用的(de)(de)速(su)度(du)(du)z是一個重要參數。當(dang)吸嘴等級為4時，結果(guo)顯示ICA量不足，但降低z速(su)度(du)(du)可(ke)解(jie)決(jue)該問題。機器總運(yun)行(xing)速(su)度(du)(du)設(she)為最大值的(de)(de)25%，所(suo)得z速(su)度(du)(du)為50毫米/秒，此(ci)時放平的(de)(de)金焊點上(shang)存留有(you)足量的(de)(de)ICA。我們按此(ci)速(su)度(du)(du)設(she)置(zhi)ACM，進行(xing)了(le)一系列實驗。

  倒裝元(yuan)件的(de)貼裝從額定位置開(kai)始，然后以(yi)10微米(mi)為(wei)幅度逐漸增大(da)偏移(yi)(yi)量(liang)。倒裝片(pian)各個方(fang)向(xiang)均(jun)有(you)14個焊(han)點，鑒于焊(han)盤呈(cheng)矩形(xing)，故僅在x方(fang)向(xiang)上(shang)設置偏移(yi)(yi)。有(you)兩組(zu)焊(han)點(每組(zu)14個)落(luo)于焊(han)盤上(shang)，另有(you)兩組(zu)有(you)一定偏移(yi)(yi)。

  ICA固化后(hou)，測(ce)(ce)定(ding)(ding)焊(han)(han)點電(dian)阻值，所測(ce)(ce)得電(dian)阻的(de)(de)阻值為膠劑接點阻值與倒裝片(pian)內(nei)部互(hu)連阻值的(de)(de)兩(liang)倍(bei)之(zhi)和。各倒裝片(pian)均設有四個位(wei)置(zhi)共四點測(ce)(ce)量(liang)，其(qi)中(zhong)兩(liang)個位(wei)置(zhi)焊(han)(han)點落(luo)于焊(han)(han)盤(pan)(pan)上，而(er)(er)在另兩(liang)個位(wei)置(zhi)上，焊(han)(han)點按(an)指定(ding)(ding)幅度(du)(du)(du)偏移，測(ce)(ce)量(liang)顯(xian)示(shi)阻值穩(wen)定(ding)(ding)。對(dui)數據作進一(yi)步分(fen)析(xi)后(hou)表明，即使焊(han)(han)點偏離焊(han)(han)盤(pan)(pan)40微(wei)米(即焊(han)(han)盤(pan)(pan)寬度(du)(du)(du)的(de)(de)一(yi)半)以上，焊(han)(han)點上的(de)(de)ICA仍可接觸到焊(han)(han)盤(pan)(pan)并形成連接。只要ICA接觸焊(han)(han)盤(pan)(pan)，就能形成電(dian)連接。偏移幅度(du)(du)(du)達到60微(wei)米時，對(dui)于1.5N和10N貼片(pian)力(li)，接點阻值差別(bie)不大(da)，相(xiang)對(dui)而(er)(er)言后(hou)者略(lve)小。根據上述實(shi)驗得出(chu)的(de)(de)最大(da)允許(xu)安全(quan)偏移量(liang)為25微(wei)米，或(huo)大(da)致相(xiang)當于連線寬度(du)(du)(du)的(de)(de)30%。在此基礎上，可推(tui)斷(duan)不同(tong)間(jian)距的(de)(de)允許(xu)偏移量(liang)。

  沾(zhan)浸時，元(yuan)(yuan)件焊(han)(han)點抽出ICA所用(yong)的(de)速(su)(su)度(du)也是一個重要參數(shu)。焊(han)(han)點上(shang)(shang)存留(liu)的(de)ICA量(liang)(liang)取(qu)決于(yu)(yu)抽離(li)速(su)(su)度(du)，而貼(tie)片力并(bing)非關鍵因素。最(zui)大允許安全偏(pian)移(yi)量(liang)(liang)相當于(yu)(yu)焊(han)(han)盤寬度(du)或直徑(jing)的(de)30%，焊(han)(han)點偏(pian)離(li)焊(han)(han)盤時，焊(han)(han)點上(shang)(shang)的(de)ICA仍可接(jie)觸(chu)到(dao)焊(han)(han)盤并(bing)形成電連接(jie)。所有電阻值和(he)剪力均在固化后立即測量(liang)(liang)，至于(yu)(yu)在貼(tie)裝偏(pian)移(yi)情況下元(yuan)(yuan)件的(de)連接(jie)狀態(tai)如何，則需(xu)要通過可靠性測試予以進(jin)一步明確。