芯片排出 (Die Ejecting)
为了从晶圆带上成功地排出芯片,关键是定制排出冲头 (eject chuck)( 或帽 ) 的尺寸和正确地将排出针 (eject needle) 间隔到芯片尺寸。作为一般原则,针的周长间隔应该不小于芯片周长的 80% ,并且总是有一根针在中央位置 ( 图一 ) 。
针的选择是排出工艺的另一个关键方面。带尖刺的针可能刻伤芯片的背面,这可能导致裂纹。在顶尖有一个半径的排出针应该不会刺伤卷带,因此消除这个问题。可是,通常需要两阶段的排出工艺。图 2a 说明初始的排出针位置。通过机器软件增加一个短暂延时,以允许带从芯片的角上剥离。当围绕顶针周围的带仍保持与芯片接触时,针可以升到编程的最后位置,芯片拾取工序可以完成 ( 图 2b) 。较大的芯片要求较长的延时来等待卷带从边缘剥离。
芯片拾取 (Die Picking)
拾取工具按照顶针的材料来选择,应该为芯片定制尺寸。完全排列的倒装晶圆 (flip chip) 的芯片 (die)( 芯片顶面全部放置了锡球 ) 要求一个柔顺的接触表面,以维持真空。这通常是对于大的芯片 ( 大于 10mm 2 ) 。
周围排列锡球的芯片允许用户选择硬顶尖的工具,它可加速在较小芯片上贴装期间的芯片粘贴。材料必须是防静电的,因此不会伤害到电路。
视觉系统 (Vision Systems)
对于视觉识别的一个关键考虑是用来看基准点的光波长度。在 IC 封装中使用的材料有很多:陶瓷、金属、聚合物和半导体。每一种材料都有独特的反射和反射特性。实际上,当要识别在晶圆或基板上的独特图案时,这就变成范围很宽的对比度、亮度和光泽因素。在许多情况中,简单地调节摄像机上的机械设定 ( 亮度、 f-stop 、入射光角度、光圈 ) 不足以把基准点从背景中分辨出来。光的波长的实际改变,如从白光到红光,可能需要来保证准确的基准点定位。图三显示以相同的光设定的不同 LED 颜色怎样影响芯片的照明及其视觉出来。
上助焊剂的系统 (Fluxing Systems)
倒装芯片锡球与焊盘上助焊剂的方法也可能不同。典型的方法是盖印助焊剂 (stamp fluxing) 、印刷助焊剂 (print fluxing) 、和滴涂助焊剂 (dispense fluxing) 。同样,每个方法有其优点和缺点。不仅要考虑所希望的上助焊剂媒介的材料特性,而且要考虑与每种工艺相联系的设备投资和工艺时间。另外,每个锡球的助焊剂用量和助焊剂作用的总的表面面积对下游工序和最终产品的可靠性有重要的影响。甚至助焊剂标榜为“免洗”助焊剂,一个设计差劲的上助焊剂工艺可能会使助焊剂的“免洗特性毫无作用。
盖印助焊剂 (stamp fluxing) :在这种方法中,一个小的托盘放在 FCA 机器内面。助焊剂放入托盘,一把医用刀片用来将助焊剂平衡到所希望的高度。随着每个芯片从供料器拾取,它移动到助焊剂托盘,下降到助焊剂托盘内或“盖印”一下,然后贴放在基板上。该方法的优点是使用简单的设备在芯片锡球上上助焊剂,并集成在 FCA 工艺中。主要缺点是助焊剂高度的精度,因为很少简单而可靠的集成方法用来测量托盘内助焊剂的厚度。
印刷助焊剂 (print fluxing) :助焊剂的印刷方法是标准的丝印 (screen printing) 工艺。一个模板放在基板的几个 mil 之内,一把刮刀推动一定数量的助焊剂从模板刮过。因此助焊剂沈积在模板开孔的基板上。该方法可以迅速在许多的芯片座上助焊剂,但要求上游设备和工序。与盖印方法一样,精确测量助焊剂的量是困难的。
滴涂助焊剂 (dispense fluxing) :滴涂也许是分配助焊剂的最不复杂的方法,但它也可能对可靠性有最大的负面影响。在该方法中,液体助焊剂滴在每个倒装芯片座的中央。然后助焊剂在基板面上流出,在每个焊盘上上助焊剂。该方法的设备是简单的气压注射器,它可直接集成在 FCA 设备内。工艺时间最低限度地取决于贴装步骤顺序如何编程和设备的并行能力。该方法的一个主要缺点是,助焊剂的量大大地超过要求覆盖接合焊盘的理论最小量。另外,助焊剂可能以不想要的方式作用倒装芯片系统。例如,阻焊层可能吸收助焊,它会在后面的工序中挥发,再重新沈积在芯片表面上。过多的助焊剂可能在回流期间结晶,造成表面污染。