倒装晶片的回流焊接及填料固化后的检查

文章摘要：对完成底部填充以后产品的检查有非破坏性检查和破坏性检查，非破坏性的检查有：·利用光学显微镜进行外观检查，譬如，检查填料在元件侧面爬升的情况，是否形成良好的边缘圆角，元件表面 是否有脏污等；·利用X射线检查仪检查焊点是否短路、开路、偏移，以及润湿情况，焊点内是否出空洞等；·电气测试（导通测试），可以测试电气联结是否有问题，对于一些采用菊花链设计的测试板，通过通短测试还 可以确定焊点失效的位置；·利用超声波扫描显微镜（C－SAM）检查底部填充后其中是否有空洞，分层和流动是否完整。破坏性的检查可以对焊点或底部填料进行切片，结合光学显微镜、金相显微镜或电子扫描显微镜和能谱分析仪（ SEM/EDX），检

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　　对完成底部填充以后产品的检查有非破坏性检查和破坏性检查，非破坏性的检查有：

　　·利用光学显微镜进行外观检查，譬如，检查填料在元件侧面爬升的情况，是否形成良好的边缘圆角，元件表面 是否有脏污等；

　　·利用X射线检查仪检查焊点是否短路、开路、偏移，以及润湿情况，焊点内是否出空洞等；

　　·电气测试（导通测试），可以测试电气联结是否有问题，对于一些采用菊花链设计的测试板，通过通短测试还 可以确定焊点失效的位置；

　　·利用超声波扫描显微镜（C－SAM）检查底部填充后其中是否有空洞，分层和流动是否完整。

　　破坏性的检查可以对焊点或底部填料进行切片，结合光学显微镜、金相显微镜或电子扫描显微镜和能谱分析仪（ SEM/EDX），检查焊点的微观结构，譬如，微裂纹/微孔、锡结晶、金属间化合物（IMC）、焊接及润湿情况，底部 填充是否有空洞和裂纹，分层和流动是否完整等。

　　完成回流焊接及底部填充工艺后的产品常见缺陷有：焊点桥连/开路、焊点润湿不良、焊点空洞/气泡、焊 点开裂/脆裂、底部填料和晶片分层，以及晶片破裂等。对于底部填充是否完整和填料内是否出现空洞，以 及裂纹和分层现象，需要超声波扫描显微镜（C－SAM）或通过与晶片底面平行的切片（Hat Section）结合 显微镜才能观察到，这给检查此类缺陷增加了难度。

　　底部填充材料和晶片之间的分层往往发生在应力最大的元件的4个角落处或填料与焊点的界面，如图1、图 2、图3和图4所示。

图1 平行元件底面切片检查到底部填料开裂

图2 利用超声波扫描显微镜观察到填料与晶片分层

图3 平行元件底面切片检查到底部填料空洞

图4 应力在晶片与密封材料界面的分布→在边角处显著集中

　　由于倒装晶片的焊点很小，0.1 mm的焊球焊接完成后约为0.075 mm，往往其中一旦有空洞都会是比较大的 空洞，这会影响到焊点的机械连接强度、晶片的散热以及产品的电气性能，所以应尽量避免焊点中大的空洞 。对于空洞的允收标准可以遵循IPC相关标准，但是值得注意的是，需要观察空洞在焊点中分布的位置，有 时会发现有连串的小空洞排列在焊接面与焊点本体的界面，或有些临近焊点中应力最大的位置如焊点的角落 处，这些空洞不一定超出IPC的规定，但由于其所处位置很容易导致裂纹迅速生长，导致焊点过早失效，所 以也应该将其列为不良之列。

　　焊点内空洞形成的原因有多种，归纳起来有以下几种：

　　·助焊剂在回流过程中受高温分解进入焊点：

　　·由于一部分助焊剂在回流焊接过程中挥发，进入焊点从而形成气泡；

　　·在锡膏系统中，溶剂和添加剂在焊接过程中蒸发而形成气泡；

　　·由于助焊剂与金属焊盘、焊球及锡粉颗粒表面氧化层发生化学反应而使气体进入焊点；

　　·PCB中的水汽蒸发参与了焊接过程当中；

　　·焊接过程中液态焊料周围中的空气进入到了焊点中：

　　·金属焊盘受到有机物污染（如指印等），在焊接过程中分解进入焊点。

　　了解造成各种缺陷的根本原因，有利于我们采取得当的措施来解决及预防各种可能出现的缺陷。表1列出 的是在倒装晶片组装工艺中常见的缺陷及原因分析，并针对各缺陷提出了改善措施，以方便工程技术人员在 工艺过程中快速有效地找出问题的根本原因，帮助采取正确的解决或预防方法。

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