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降低Flip-Chip BGA开路与短路的缺陷率

放大字体  缩小字体 发布日期:2017-12-07  浏览次数:1127
核心提示: 摘 要:Flip-Chip BGA(FCBGA)优良的电学与热学性能,在半导体封装制造业已越来越多用于高引脚数的IC器件。本文介绍解决开路
        要:Flip-Chip BGAFCBGA)优良的电学与热学性能,在半导体封装制造业已越来越多用于高引脚数的IC器件。本文介绍解决开路及短路缺陷,提高组装产能的几种方法及最新进展。

关键词:Flip-Chip,开路,短路

  1、引言

Flip-Chip BGAFCBGA)优良的电学与热学性能,在半导体封装制造业已越来越多用于高引脚数的IC器件。但这类封装形式面临的一个基本问题倒装球引脚(凸点)作为引线键合的更新代-必须克服不正确的组装工艺设置及封装设计造成焊接开路与短路的缺陷。

由于FCBGA的结构与引线键合封装的差别,此问题已引起电子组装业的关注。本文介绍解决开路及短路缺陷,提高组装产能的几种方法及最新进展。

通常,在组装后,Flip-Chip封装可能产生开路或短路的缺陷,每种缺陷显示多种不同的形式,(图 1)我们将两种缺陷分成几种类型,叙述形成的原因及解决的方法。

1 Flip-Chip BGAFCBGA)的结构

  2、开路缺陷

开路定义为一种缺陷形式,其封装的互连被结构性断开。封装的互连

包括裸芯片凸点/基板焊盘连接,基板焊盘/基板导线连接,导线/焊料球引脚连接。从实际经验中,发现开路缺陷主要发生在裸芯片凸点区域,开路缺陷也可分为两种类型;凸点脱离基板焊盘,导线与基板焊盘断开。通过测试与生产批量的运转,这两种类型被反复确认,也找到了解决的方法。

裸芯片的倾斜表示芯片没有与基板表面平行。这种现象可以用芯片凸点再流前的芯片贴放工艺说明。在芯片对准工序,芯片植有焊料凸点的一面倒置安放在基板的焊盘上。芯片发生倾斜,芯片倾斜朝下的凸点与焊盘接触,反之芯片倾斜朝上的凸点,一般这些凸点接近芯片边沿,就脱离焊盘。由此带来的后果是被举起脱离焊盘的凸点在凸点与焊盘间存在一个空隙,于是造成电路开路。凸点脱离焊盘经常发生在芯片的拐角位置(图 2

2 芯片凸点被抬举脱离焊盘

解决芯片被抬举脱离焊盘的方法如下;

   l 在机器上增加对准评价系统的基准测量点。这样精确调整芯片平面,保证芯片与基板平面足够准确的平行度。

   l 另外,在下道工序-红外再流焊前,安装一台CD摄像机。这样在再流前,根据芯片平面贴放的可接受要求,对超差的芯片重新调整对准。

基板导线是铜金属制成,被几种不同材料夹层,通常使用BT树脂与充填材料,各种材料具有不同的热膨胀系数。在第一次凸点再流后,凸点粘着在基板焊盘上与铜导线连接。在第二次球引脚安装再流时,可能因为在芯片,充填,焊料凸点,导线与BT树脂等间的空隙热胀冷缩造成导线断裂(图 3)。充填材料的热胀冷缩率为40-45ppm,大大高于导线的17ppm。凸点焊盘的形状能使其在导线的终端的X方向容易吸收应力。

3 导线断裂例举

经多次测试,得到改善导线焊盘连接更好防止因热胀冷缩产生的形变。一种区别于传统的焊盘形状的变异称之‘泪滴’(图 4)。

4 焊盘与导线间的‘泪滴’连接图形。

  3、短路缺陷:桥接

桥接实际是在焊料凸点溶点温度,发生焊料被挤出所致,(如图 5所示)造成电路互连短路。

有许多因素会造成焊料桥接如;

如焊剂-焊剂量必须充足,如焊剂量不足,就可能使得基板上的清洗不完全,但过量的焊剂将导致焊料在熔融时流向相邻的凸点,造成焊料挤出或桥接。新近的测试与生产运转显示控制焊剂滴印工艺,一滴焊剂量或一秒滴印量,防止凸点再流过程发生桥接。

5 相邻凸点间桥接缺陷。

底部充填-想来大多数桥接产生的原因是因过量的焊剂,使得在凸点再流过程凸点间产生桥接,但新近的实验测试中发现大多数桥接可能是底部充填空孔所致。经组装过程每一工序的X射线检查,包括再流后,底部充填后,球引脚安装再流前,球引脚再流后。X射线图像清晰显示在底部充填后,相邻凸点间存在空孔,这样在球引脚再流过程,当温度上升到达凸点熔点就会可能产生桥接。关键是在滴印工艺与固化过程中,应该防止空孔生成。有几种因素;充填温度,滴印图形需要加以重视;

温度在实验中选用8090℃两种温度,测试得90℃在凸点之间空隙,充填材料很好软化流动性好。

滴印图形-在阵列凸点图形中使用的滴印原则,图形与工艺。在测试中,选用两种滴印图形,图形A,图形B进行比较。测试结果表明图形B要比图形A在相邻的凸点空间更好充填,空孔惊人地减少。在测试中,芯片底部生成少量空孔,但相邻凸点没发生桥接。

4、结 论

在没有工艺改进前,凸点开路/短路缺陷率达15%,经改进后下降到1.1%,进一步工艺改进,凸点有望达到0.5%.

 
 
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