目前,業(yè)界有幾種技術(shù)可用于在晶圓的焊墊上涂敷焊料混合物,這種技術(shù)被稱之為晶圓凸起工藝。采用網(wǎng)板印刷進行晶圓凸起加工,作為一種可節(jié)省成本的大批量生產(chǎn)方案,而廣受歡迎。但隨著I/O數(shù)目增加和間距不斷縮小,這種使用網(wǎng)板在焊點上印刷焊膏的方法變得更有挑戰(zhàn)性,與之匹配的工藝設(shè)計水準(zhǔn)要求也大大提高。 為何采用網(wǎng)板印刷方法? 業(yè)界三種最著名的晶圓凸起方法—網(wǎng)板印刷、蒸發(fā)及濺射或電鍍,各有其優(yōu)缺點(表一)。選擇何種方法,除了需要考慮公司的工藝路線圖,更重要的是需要考慮眾多的參數(shù),包括凸起間距、凸起高度、晶圓基底材料、晶圓厚度、晶圓尺寸、凸起一致性,以及凸起材料。 設(shè)備和材料 晶圓凸起印刷方法的設(shè)計,與標(biāo)準(zhǔn)表面安裝裝配生產(chǎn)線的工具兼容,所以在升級或改造現(xiàn)有的大型設(shè)備時無需額外的投資。 然而,網(wǎng)板印刷機應(yīng)配備精密的光學(xué)裝置。對位系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)能夠識別所處理晶圓上的非標(biāo)準(zhǔn)參考點,包括焊墊邊角、特殊標(biāo)志、標(biāo)記,或其它與背景覆蓋物對比鮮明的金屬化特征。 在印刷過程中,為了確保安全地處理精密的晶圓,需要使用剛性托盤來支持晶圓?! 【A凸起通常使用水溶性焊膏。凸起必須清潔,易于隨后的倒裝芯片裝配過程中進行助熔處理,以達到穩(wěn)定的潤濕和一致的粘結(jié);另外,最大限度地減少在凸起上或凸起之間積聚的任何殘余物,可使裝配后倒裝芯片底部充膠工藝更為可靠。至今,市場上尚無能夠?qū)崿F(xiàn)無殘余物焊點的商業(yè)用非清潔型焊膏材料。 工藝步驟 晶圓凸起印刷 工藝與 FR-4 基底上進行印刷是相似的。首先將晶圓放置在托盤上,通過傳送帶傳送至網(wǎng)板印刷機;然后,對于刮刀印刷方式,先將焊膏攪動30至60秒,準(zhǔn)備好以便進行裝填,這是均勻地涂敷助焊劑和焊錫粉,并將焊膏稀釋至合適稠度的重要步驟,(使用具有自動灌注和攪和焊功能的卡盒式封閉印刷頭系統(tǒng),這個步驟可以省去);接著,將焊膏涂敷到網(wǎng)板上之后,印刷機的視像系統(tǒng)就查找所有的參考點,在整個網(wǎng)板表面清潔地擦拭焊膏,將其注入所有的開孔中;最后,托盤和晶圓從印刷機中傳送出來?! 《ㄎ恍r灐 〔捎蔑@微鏡進行焊膏沉積定位校驗,焊膏沉積物應(yīng)正確對位以覆蓋所有焊墊,這是保證穩(wěn)固的回流焊工藝的關(guān)鍵要素。對于高密度的精細間距配置,實現(xiàn)完美的印刷對位是頗具挑戰(zhàn)性的任務(wù),有時需要對手動偏移對準(zhǔn)位置進行編程?! 』亓骱浮 ∫坏┩瓿珊父鄬ξ坏男r?,已印好的晶圓就可在強制對流型爐中進行回流焊?! ∏逑春秃娓伞 ≡谇鍧嵐ば蛑?,用溫和的去離子水清洗晶圓,除去水溶性助焊劑。然后用清潔的強制對流空氣或氮氣烘干晶圓。最后,建議對晶圓進行兩小時的125℃脫水烘焙,去除晶圓在清洗過程中可能吸收的任何水分?! ∏鍧嵕W(wǎng)板 網(wǎng)板的清潔度也是至關(guān)重要的,即使在單次印刷行程后,網(wǎng)板開孔內(nèi)壁也會積聚不少的焊膏殘余物,它會很快變干并玷污后來的印刷行程。 影響晶圓凸起良率的工藝參數(shù) 許多變量會嚴(yán)重地影響采用這種凸起方法的晶圓的質(zhì)量或良率。通常用已知好裸片(known good die, KGD)數(shù)值來表示晶圓凸起工藝的性能。成功實施晶圓印刷工藝需考慮的最重要因素包括:焊膏、印刷環(huán)境 (環(huán)境和濕度)、印刷機設(shè)置、回流焊狀況以及清潔選項?! 『父唷 『父嗟囊粋€重要特性是顆粒尺寸和分布,這主要取決于焊膏沉積的數(shù)量要求,以及網(wǎng)板開孔的大小。一般認為,焊膏的顆粒分布應(yīng)是能讓至少三個最大的焊球直徑符合網(wǎng)板上最小開孔的寬度,這就是有名的“三球定律”。焊料顆粒的分布和密度直接影響焊膏的流變特性,也影響其在網(wǎng)板印刷機上的性能。 在進行晶圓網(wǎng)板印刷時,最好使用最精細的焊料粉末;據(jù)報道 Sn63/Pb37 V 型焊膏顆粒分布的金屬含量達 90%,可有效地用于 8 mil 間距焊墊凸起加工,凸起高度達到 5 mil。 用于晶圓印刷的焊膏,其暴露時間和有效壽命周期的限制都比 SMT 焊膏的標(biāo)準(zhǔn)值短。為了使焊膏的壽命周期達到最大值,只要印刷機處于空閑狀態(tài),就應(yīng)當(dāng)將焊膏從網(wǎng)板上移開。使用封閉轉(zhuǎn)印制的一個重要優(yōu)勢是焊膏總是處于封閉狀態(tài),并與周圍環(huán)境相隔離。
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