倒装晶片的组装基板的设计及制造

文章摘要：基板技术是倒装晶片工艺需要应对的最大挑战。因为尺寸很小（小的元件，小的球径，小的球间距，小的贴装 目标），基板的变动可能对制程良率有很大影响：·密间距贴装良率极易受限于阻焊膜和焊盘的尺寸公差；·由于尺寸通常很小，对基板的变形非常敏感；·基板焊盘的表面处理直接影响焊接性能和可靠性；·基板的厚度也影响到产品的可靠性；·由于暴露在周围环境中，水汽在基板内会导致阻焊膜和碾压层分层；·使用前需要烘烤，影响整个工艺流程；·储存环境需要干燥；·设计师必须在基板成本、制造技术、产品功能、供应商制程能力和良率之间找到平衡点。基板材料一般为硬质板和柔性电路板，还有其他的一些基板材料选择，如表1所示。较普遍的使用玻

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　　基板技术是倒装晶片工艺需要应对的最大挑战。因为尺寸很小（小的元件，小的球径，小的球间距，小的贴装 目标），基板的变动可能对制程良率有很大影响：

　　·密间距贴装良率极易受限于阻焊膜和焊盘的尺寸公差；

　　·由于尺寸通常很小，对基板的变形非常敏感；

　　·基板焊盘的表面处理直接影响焊接性能和可靠性；

　　·基板的厚度也影响到产品的可靠性；

　　·由于暴露在周围环境中，水汽在基板内会导致阻焊膜和碾压层分层；

　　·使用前需要烘烤，影响整个工艺流程；

　　·储存环境需要干燥；

　　·设计师必须在基板成本、制造技术、产品功能、供应商制程能力和良率之间找到平衡点。

　　基板材料一般为硬质板和柔性电路板，还有其他的一些基板材料选择，如表1所示。较普遍的使用玻纤加强的 FR－4环氧树脂材料，BT树脂材料是另外一种选择，有溴化物添加其中，要考虑对环境的影响。

　　柔性电路板的材料一股为聚酰亚胺，其粘贴在铜线路上。由于制造工艺的问题，往往会有胶水被“挤出”，在 组装工艺中会产生大量气泡的现象，如图1所示。

　　（1）阻焊膜

　　阻焊膜一股以液态定影技术获得（LPI），也可以使用干膜法。典型的LPI材料有TaiyoPSR 4000（Aus303，Aus5……），Enthone DSR3421和Probinmer 65/74/77。不同的获得方式其厚度会不太一样 ，采用“沟槽”方式的厚度0.4～0.7 mil，一般为1～2 mil。SMD方式会有较厚的阻焊膜，厚的阻焊膜会减小晶 片下的间隙，从而影响底部填充工艺及可靠性，同时厚的阻焊膜会增加“阻焊膜阴影效应”，影响装配良率。

　　表1 基极材料选择表

图1 回流焊接过程中产生气泡

　　阻焊膜的开孔设计和制造精度对装配良率及可靠性有非常大的影响。通常阻焊膜在铜箔上窗口精度为±3 mil＠ 3 slgma，比较好的可以控制在±2 mil，而对于软板其精度会差些，在±4 mil，有时会更差。通常，阻焊膜会 有一定程度的偏移，如图2所示，会影响到贴装的精度。

　图2 阻焊膜偏移导致贴片干涉及误差

　　阻焊膜窗口设计时要考虑以下因素：

　　·阻焊膜窗口尺寸公差——SMtol；

　　·阻焊膜位置公差——SMre；

　　·贴片偏差——PMpe。

　　不考虑阻焊膜厚度的影响，其窗口尺寸与各偏差之间的关系如图3所示。

　图3 阻焊膜窗口与各偏差之间的关系

　　如果考虑阻焊膜的厚度，我们必须要注意阻焊膜“阴影效应”。由于它的存在，使得焊球在回流焊接过程中不 能完全接触焊盘而形成完整的“可控坍塌连接”，导致焊点内应力的或者电气连接问题。

　　在图4中，Mt为铜箔上阻焊膜厚度；Bd为焊球直径；MShadow为阴影区，焊球不能接触焊盘。

　　图4 阻焊膜“阴影效应”示意图

　　为了消除阻焊膜“阴影效应”的影响，需要适当加大阻焊膜的窗口。

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