各向同性導(dǎo)電膠(ICA)是作為傳統(tǒng)錫鉛焊料的代用品而開發(fā)的。ICA的填充劑含量較高(約80%),在不允許高溫焊接的電子連接應(yīng)用中,可作為焊膏的替代品。ICA的優(yōu)點包括加工溫度低、無鉛、免助焊劑、免清洗、工藝簡單等。但與成熟的回流焊接技術(shù)相比,導(dǎo)電膠連接技術(shù)目前仍處于雛形階段,對于高密度和超細(xì)間距應(yīng)用尤其如此。
在ICA應(yīng)用中采用漏版印刷工藝,可使處理間距細(xì)至0.25毫米的元件成為可能。經(jīng)驗表明,對于間距0.5毫米的元件,生產(chǎn)工藝要求貼片精確度為75微米;而對于間距在0.25至0.5毫米的細(xì)間距元件,則要求貼片精確度達(dá)到50微米。從ICA應(yīng)用技術(shù)的最新進(jìn)展來看,其連接密度有望進(jìn)一步達(dá)到80微米??梢詾榧?xì)間距貼片機配備浸膠裝置,供沾浸元件焊點使用,這種工藝對于倒裝芯片裝配具有很強的吸引力。
然而,當(dāng)沾有ICA的元件被貼裝到電路板上時,膠劑受擠壓會從元件下表面逸出,而在固化時,被擠出的ICA不能回流,因而元件無法產(chǎn)生類似回流焊接的自對中效應(yīng)。由于存在固化時不能進(jìn)行位置修正的現(xiàn)象,我們針對該工藝的適用性進(jìn)行了一項調(diào)研,以明確ICA倒裝芯片裝配的貼裝參數(shù),如貼片精確度、貼片力等。在實驗中,將倒裝芯片貼裝偏移量逐步增大,焊接點的電阻則在固化后立即進(jìn)行測量。
我們在實驗中采用安必昂ACM貼片機完成吸取、識別對中、ICA沾浸、貼片等系列工序,試驗使用的倒裝芯片有4×14個金焊點,焊點間距為300微米,直徑為80微米。倒裝芯片浸入Amicon 3502 ICA,然后貼裝至1.6毫米厚帶鎳金涂層的單層FR4基板上。倒裝片粘結(jié)墊之間的連接允許進(jìn)行菊花鏈測量,每塊倒裝片設(shè)四個位置進(jìn)行四點測量。
灌封膠,
電子灌封膠,
導(dǎo)熱灌封膠,
電源灌封膠,
led球泡燈灌封膠,電源膠,
T8燈管膠
ICA固化后,測定焊點電阻值,所測得電阻的阻值為膠劑接點阻值與倒裝片內(nèi)部互連阻值的兩倍之和。各倒裝片均設(shè)有四個位置共四點測量,其中兩個位置焊點落于焊盤上,而在另兩個位置上,焊點按指定幅度偏移,測量顯示阻值穩(wěn)定。對數(shù)據(jù)作進(jìn)一步分析后表明,即使焊點偏離焊盤40微米(即焊盤寬度的一半)以上,焊點上的ICA仍可接觸到焊盤并形成連接。只要ICA接觸焊盤,就能形成電連接。偏移幅度達(dá)到60微米時,對于1.5N和10N貼片力,接點阻值差別不大,相對而言后者略小。根據(jù)上述實驗得出的最大允許安全偏移量為25微米,或大致相當(dāng)于連線寬度的30%。在此基礎(chǔ)上,可推斷不同間距的允許偏移量。
倒裝芯片的焊點浸入ACM助焊劑裝置內(nèi)約50微米厚ICA膠層,沾浸時間為200毫秒,沾浸力為0.5N,貼片力為1.5N。膠劑用批次式處理爐在150℃溫度下固化15分鐘。由于目前尚無有關(guān)ACM的ICA沾浸工藝經(jīng)驗,所以此次對沾浸質(zhì)量的研究還屬首次。
元件浸入ICA層后貼至電路板,然后再取下。檢查結(jié)果顯示,電路板焊盤上存在無ICA或ICA不足現(xiàn)象,這表明固化后會導(dǎo)致無接點或產(chǎn)生壞接點。檢查沾浸后放平的金焊點發(fā)現(xiàn)焊點上存留的ICA量不足。
對上述現(xiàn)象進(jìn)行研究表明,元件從ICA中抽出時所用的速度z是一個重要參數(shù)。當(dāng)吸嘴等級為4時,結(jié)果顯示ICA量不足,但降低z速度可解決該問題。機器總運行速度設(shè)為最大值的25%,所得z速度為50毫米/秒,此時放平的金焊點上存留有足量的ICA。我們按此速度設(shè)置ACM,進(jìn)行了一系列實驗。
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倒裝元件的貼裝從額定位置開始,然后以10微米為幅度逐漸增大偏移量。倒裝片各個方向均有14個焊點,鑒于焊盤呈矩形,故僅在x方向上設(shè)置偏移。有兩組焊點(每組14個)落于焊盤上,另有兩組有一定偏移。
沾浸時,元件焊點抽出ICA所用的速度也是一個重要參數(shù)。焊點上存留的ICA量取決于抽離速度,而貼片力并非關(guān)鍵因素。最大允許安全偏移量相當(dāng)于焊盤寬度或直徑的30%,焊點偏離焊盤時,焊點上的ICA仍可接觸到焊盤并形成電連接。所有電阻值和剪力均在固化后立即測量,至于在貼裝偏移情況下元件的連接狀態(tài)如何,則需要通過可靠性測試予以進(jìn)一步明確。