第2章 倒装晶片组装

倒装晶片不属于新工艺，因为在半导体领域，倒装晶片工艺研究和应用已经数十年了。但是在SMT领域，倒装晶片工艺引人注目时间不长。近年，随着半导体封装与电子组装技术的交叉与模糊，倒装芯片已经成为高密度互连的方法之一，在无线局域网络天线（WiFi）、系统封装（SiP）、多芯片模块（MCM）、图像传感器、微处理器、硬盘驱动器、医用传感器，以及无线射频识别（RFID）等方面得到快速的发展。对于电子组装而言，倒装晶片是名副其实的先进工艺。

2.1 倒装晶片（Flip Chip）的发展

1.倒装晶片（Flip Chip）的定义

什么元件被称为倒装晶片（Flip Chip，FC）？一般来说，这类元件具备以下特点。

① 电气面及焊凸在元件下表面；

② 球间距一般为0.1～0.3 mm，球径为0.06～0.15 mm，外形尺寸为1～27 mm；

③ 组装在基板后需要做底部填充。

其实倒装晶片之所以被称为“倒装”是相对于传统的金属线键合连接方式（Wire Bonding）与植球后的工艺而言的。传统的通过金属线键合与基板连接的晶片电气面朝上，而倒装晶片的电气面朝下，相当于将前者翻转过来，故称其为“倒装晶片”。在晶圆盘（Waffer）上晶片植完球后，需要将其翻转，送入贴片机，便于贴装，也由于这一翻转过程，而被称为“倒装晶片”，如图2.1和图2.2所示。

2.倒装晶片的历史及其应用

倒装晶片在1964 年开始出现，1969 年由IBM发明了倒装晶片的C4 工艺（Controlled Collapse Chip Connection，可控坍塌芯片连接）。过去只是比较少量的特殊应用，近几年，倒装芯片已经成为高性能封装事实上的互连方法，它的应用得到比较广泛快速的发展。主要应用在无线局域网络天线（WiFi）、系统封装（SiP）、多芯片模块（MCM）、图像传感器、微处理器、硬盘驱动器、医用传感器，以及无线射频识别（RFID）等方面。与此同时，它已经成为小型I/O应用有效的互连解决方案。随着微型化及人们已接受系统级封装（SiP）的现实，倒装芯片被视为各种针脚数量低的应用的首选方法。从整体上看，其在低端应用和高端应用中都被采用，根据TechSearch International Inc对市场容量的预计，焊球凸点倒装芯片的年复合增长率（CAGR）将达到31%，如图2.3、图2.4和图2.5所示。

倒装晶片应用的直接驱动力来自于其优良的电气性能、市场对终端产品尺寸和成本的要求、在功率及电信号的分配，以及降低信号噪音方面表现出色，同时又能满足高密度封装或装配的要求。可以预见，其应用会越来越广泛。

2.2 倒装晶片的组装工艺流程

1.一般的混合组装工艺流程

在半导体后端组装工厂中，现在有两种模块组装方法。在两次回流焊工艺中，先在单独的SMT生产线上组装SMT元件，该生产线由丝网印刷机、芯片贴装机和第一个回流焊炉组成，然后再通过第二条生产线处理部分组装的模块，该生产线由倒装芯片贴片机和回流焊炉组成。底部填充工艺在专用底部填充生产线中完成，或与倒装芯片生产线结合完成，如图2.6所示。

2.倒装晶片的装配工艺流程介绍

相对于其他的IC元件，如BGA和CSP等，倒装晶片装配工艺有其特殊性，该工艺引入了助焊剂工艺和底部填充工艺。因为助焊剂残留物（对可靠性的影响）及桥连的危险，将倒装芯片贴装于锡膏上不是一种可采用的装配方法。业内推出了无须清洁的助焊剂，晶片浸蘸助焊剂工艺成为广泛使用的助焊技术。目前主要的替代方法是使用免洗助焊剂，将元件浸蘸在助焊剂薄膜里让元件焊球蘸取一定量的助焊剂，再将元件贴装在基板上，然后回流焊接，或者将助焊剂预先施加在基板上，再贴装元件，回流焊接。助焊剂在回流之前起到固定元件的作用，在回流过程中起到润湿焊接表面增强可焊性的作用。倒装晶片焊接完成后，需要在元件底部和基板之间填充一种胶（一般为环氧树脂材料）。底部填充分为基于“毛细流动原理”的流动性和非流动性（No-follow）底部填充。关于底部填充工艺我们将会在2.3节介绍。

上述倒装晶片组装工艺是针对C4元件（元件焊凸材料为SnPb、SnAg、SnCu或SnAgCu）而言的。另外一种工艺是利用异性导电胶（ACF）来装配倒装晶片。预先在基板上施加异性导电胶，贴片头用较高压力将元件贴装在基板上，同时对元件加热，使导电胶固化。该工艺要求贴片机具有非常高的精度，同时贴片头具有大压力及加热功能。对于非C4元件（其焊凸材料为Au或其他）的装配，趋向采用此工艺。这里，我们主要讨论C4工艺，表2.1列出的是倒装晶片的焊凸材料与基板连接的几种方式。

倒装晶片装配工艺流程如图2.7和图2.8所示。

2.3 倒装晶片装配工艺对组装设备的要求

倒装晶片几何尺寸可以用一个“小”字来形容：焊球直径小（小到0.05 mm），焊球间距小（小到0.1 mm），外形尺寸小（1 mm2）。要获得满意的装配良率，给贴装设备及其工艺带来了挑战。随着焊球直径的缩小，贴装精度要求越来越高，目前12 μm甚至10 μm的精度越来越常见。贴片设备照相机图形处理能力也是关键，小的球径小的球间距需要更高像素的相机来处理。随着时间推移，高性能芯片的尺寸不断增大，焊凸（Solder Bump）数量不断提高，基板变得越来越薄，为了提高产品可靠性底部填充成为必须。

（1）对贴装压力控制的要求

考虑到倒装晶片基材是比较脆的硅（Si），若在取料和助焊剂浸蘸过程中施以较大的压力，容易将其压裂，同时细小的焊凸在此过程中也容易压变形，所以尽量使用比较低的贴装压力，一般要求在150 g左右。对于超薄形芯片，譬如厚度达0.3 mm，有时甚至要求贴装压力控制在35 g。

（2）对贴装精度及稳定性的要求

对于球间距小到0.1 mm的元件，需要怎样的贴装精度才能达到较高的良率？基板的翘曲变形、阻焊膜窗口的尺寸和位置偏差，以及机器的精度等都会影响到最终的贴装精度。关于基板设计和制造的情况对于贴装的影响，我们将在2.4 节讨论，这里我们只讨论机器的贴装精度。

为了回答上面的问题，我们来建立一个简单的假设模型：

① 假设倒装晶片的焊凸为球形，基板上对应的焊盘为圆形，且具有相同的直径；

② 假设无基板翘曲变形及制造缺陷方面的影响；

③ 不考虑Theta（角度）和冲击的影响；

④ 在回流焊接过程中，元件具有自对中性，焊球与润湿面50%的接触在焊接过程中可以被“拉正”。

那么，基于以上的假设，直径25 μm的焊球，如果其对应的圆形焊盘的直径为25 μm，左右位置偏差（X轴）或前后位置偏差（Y轴）在焊盘尺寸的50%时，焊球都始终在焊盘上（如图2.9所示）。

对于焊球直径为25 μm的倒装晶片，工艺能力Cpk要达到1.33的话，要求机器的最小精度必须达到9 μm@3sigma。

（3）对照相机和影像处理技术的要求

要处理细小焊球间距的倒装晶片的影像，需要百万像素的数码相机。较高像素的数码相机有较高的放大倍率，但像素越高，视像区域（FOV）越小，这意味着大的元件可能需要多次影像。照相机的光源一般为发光二极管（LED），分为侧光源、前光源和轴向光源，可以单独控制。倒装晶片的的成像光源采用侧光或前光，或两者结合。

那么，对于给定元件如何选择相机呢？这主要依赖图像的算法，譬如，区分一个焊球需要 N 个像素，则区分球间距需要2N 个像素。以环球仪器的贴片机上的Magellan数码相机为例（如表2.2所示），其区分一个焊球需要4 个像素，我们来看不同的焊球间隙所要求的最大的像素应该是多大，这便于我们根据不同的元件来选择相机。假设所获得的影像是实际物体尺寸的75%。

对于倒装晶片基准点（Fiducial）的影像处理，与普通基准点的处理相似。倒装晶片的贴装往往除整板基准点外（Global Fiducial）会使用局部基准点（Local Fiducial），此时的基准点会较小（0.15～1.0 mm），相机的选择参照上面的方法。对于光源的选择需要斟酌了。一般贴片头上的相机光源都是红光，在处理柔性电路板上的基准点时效果很差，甚至找不到基准点。原因是基准点表面（铜）的颜色和基板颜色非常接近，色差不明显。如果使用Universal的蓝色光源专利技术就能很好地解决此问题，如图2.10所示。

（4）吸嘴的选择

由于倒装晶片基材是硅，上表面非常平整光滑，最好选择头部是硬质塑料材料、具多孔的ESD吸嘴。如果选择头部为橡胶的吸嘴，随着橡胶的老化，在贴片过程中可能会粘连元件，造成贴片偏移或带走元件。

（5）对助焊剂应用单元的要求

助焊剂应用单元是控制助焊剂浸蘸工艺的重要部分，其工作的基本原理就是要获得设定厚度的稳定的助焊剂薄膜，以便于元件各焊球蘸取的助焊剂的量一致。我们以环球仪器公司获得专利的助焊剂薄膜应用单元（Linear Thin Film Applicator，LTFA）为例来介绍其工作原理。该单元由两个重要部分组成：可以来回直线运动具有一定深度的助焊剂盘和固定不动的盛助焊剂的槽。助焊剂盘来回运动，助焊剂槽内的助焊剂不断补充到底下的盘内，稳定后，其厚度相当盘的深度，如图2.11 和图2.12所示。要获得不同的助焊剂厚度，只要更换对应深度的盘子就可以了。

要精确稳定的控制助焊剂薄膜的厚度，同时满足高速浸蘸的要求，该助焊剂应用单元必须满足以下要求：

① 可以满足多枚元件同时浸蘸助焊剂（譬如同时浸蘸4或7枚）提高产量；

② 助焊剂用单元应该简单，易操作，易控制，易清洁；

③ 可以处理很广泛的助焊剂或锡膏，适合浸蘸工艺的助焊剂黏度范围较宽，对于较稀和较黏的助焊剂都要能处理，而且获得的膜厚要均匀；

④ 蘸取工艺可以精确控制，浸蘸的工艺参数因材料的不同而会有差异，所以浸蘸过程工艺参数必须可以单独控制，如往下的加速度、压力、停留时间和向上的加速度等。

（6）对供料器的要求

要满足批量高速高良率的生产，供料技术也相当关键。倒装晶片的包装方式主要有2×2和4×4 in JEDEC盘，200 mm或300 mm晶圆盘（Wafer），还有卷带料盘（Reel）。对应的供料器有：固定式料盘供料器（Stationary Tray Feeder）、自动堆叠式送料器（Automated Stackable Feeder）、晶圆供料器（Wafer Feeder），以及带式供料器。所有这些供料技术必须具有精确高速供料的能力；对于晶圆供料器，还要求其能处理多种元件包装方式，譬如，元件包装可以是JEDEC盘或裸晶，甚至晶片在机器内完成翻转动作。下面我们来举例说明几种供料器。

① 环球仪器具有Wafer预张功能的晶圆供料器，如图2.13所示，其特点是：

● Wafer预张功能，快速换盘（少于4 s）；

● 可以支持最大300 mm的晶圆盘；

● 供料速度为1.3 s/die；

● 晶片尺寸为0.5～25 mm；

● 支持墨点辨识和Wafer Mapping；

● 便于自动检出不需拾取的坏件；

● 可以供给倒装晶片和裸晶片；

● 可以放置多达25层料盘。

② Hover-Davis裸晶供料器（Direct Die Feeder，DDF），如图2.14所示，其特点是：

● 可用于混合电路或感应器、多芯片模组、系统封装，以及RFID和3D装配；

● 晶圆盘可以竖着进料，节省空间，一台机器可；

● 以安装多台DDF；

● 晶片可以在DDF内完成翻转；

● 可以安装在多种贴片平台上，如Universal、Siemens、Panasonic和Fuji。

DDF所能处理的元件范围如表2.3所示。

③ Laurier’s TrayStak™ 堆叠式JEDEC送料器如图2.15所示，其特点是：

● 最多可以放置2″×2″45盘；

● 无间断自动供料。

（7）对板支撑及定位系统的要求

有些倒装晶片应用在柔性电路板或薄型电路板上，这时对基板的平整支撑非常关键。解决方案经常会用到载板和真空吸附系统，以形成一个平整的支撑及精确的定位系统，满足以下要求：

① 基板Z方向的精确支撑控制，支撑高度编程调节；

② 提供客户化的板支撑界面；

③ 完整的真空发生器；

④ 可应用非标准及标准载板。

如图2.16和图2.17所示。

2.4 倒装晶片的工艺控制

1.基板的设计及制造

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2.4所示。玻纤加强的FR-4环氧树脂材料使用较普遍，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般为聚酰亚胺，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2.18所示。

（1）阻焊膜

阻焊膜一般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Taiyo PSR 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”方式的厚度为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。

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 sigma，比较好的可以控制在±2 mil，而对于软板其精度会差些，可控制在±4 mil，有时会更差。通常，阻焊膜会有一定程度的偏移，如图2.19所示，会影响到贴装的精度。

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2.20所示。

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2.21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。

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，但是需要增加多少合适？我们来看下面的例子（如图2.22所示）。

例1 4 mil的焊球，Br=2.0 mil，铜线路上的阻焊膜厚度 Mt=0.5 mil。那么，MShadow=1.32 mil。需将窗口尺寸增加2.6 mil。

例2 4 mil的焊球，Br=2.0 mil；铜线路上的阻焊膜厚度 Mt=1.0 mil。那么，MShadow=1.73 mil。需将窗口尺寸增加2.8 mil。

（2）焊盘的设计

较大的焊盘可以以满足贴装设备精度要求，同时在回流焊接过程中，使焊球有足够的塌陷，让最小的焊球也能接触焊盘并焊接完好。但焊盘太大，会减小器件和阻焊膜之间的间隙，从而影响底部填充工艺。在设计时需要考察供应商真正的制造能力。倒装晶片焊盘设计一般常见的有以下几种形式。

① 四周单排或交错排例：采用NSMD（No Solder Mask Defined）方式，铜线由焊盘之间引出至导通微孔。这种方式常见于间距较大的设计，而对于精细间距的焊盘设计，则应用细导线技术将铜线引出，如图2.23所示。

② 单独的焊盘：应用在较大的间距设计中，采用SMD（Solder Mask Defined）方式。

③ 阻焊膜“沟槽”：这种设计比较常见。所有焊盘和一部分铜线暴露在阻焊膜窗口内，这样可以降低阻焊膜窗口偏移的影响，如图2.24所示。

④ 阻焊窗口直接开设在铜导线上，以暴露在窗口内的一部分铜导线作为焊盘，这也是一种常见的方式，如图2.25所示。

焊盘设计实例1 应用细线技术的焊盘设计〔如图2.26（a）所示〕

● 采用阻焊膜沟槽设计；

● 焊盘和一部分铜线在窗口内；

● 间距128 μm，获得了很好的铜导线和焊盘；

● 阻焊膜窗口开设是关键。

焊盘设计实例2 8mil间距倒装晶片当前典型的布线设计〔如图2.26（b）所示〕

对于FR4 DCA焊盘参数，当前典型的设计（精度 ±3σ）：

● 窗口宽——8 mil±2 mil（200 μm ±50 μm）；

● 窗口的位置公差——±3 mil（±75 μm）；

● 铜线宽——4 mil ±2 mil；

● 铜线位置公差——±2 mil。

基板的制造精度需考虑，上面的设计实际获得导线宽和槽宽为5 mil。在此情况下，这种设计获得装配缺陷约为150 PPM。

焊盘的制造精度一般为±2mil @ 3 sigma，通常会由于过蚀而产生系统偏差。下面是我们可以经常见到的细间距或高密度电路板制造缺陷，主要是铜箔腐蚀及阻焊膜窗口偏差的问题，如图2.27和图2.28所示。

2.助焊剂工艺

助焊剂工艺在倒装晶片装配工艺中非常重要。助焊剂不仅要在焊接过程中提供其化学性能以驱除氧化物和油污，润湿焊接面，提高可焊性，同时需要起到黏结剂的作用。在元件贴装过程中和回流焊接之前黏住元件，使其固定在基板的贴装位置上。此类阻焊剂相比于其他普通的助焊剂具有更高的黏度，它需要提供足够的黏力来保证晶片在传输过程中及回流焊接炉中不发生移动。

我们之所以选择助焊剂而非锡膏，是因为超细间距的锡膏印刷会有很大的“桥连”风险；同时考虑到混合装配工艺的兼容性，免洗型助焊剂是一个比较好的替代方案。

如何选择合适的助焊剂及其量的控制是该工艺的关键。不同的助焊剂的润湿能力，黏度及与其他材料的兼容性会不一样。助焊剂量的多少会影响到焊接完成后其在基板上的残留量，而助焊剂的残留量会影响后面的底部填充工艺及产品的长期可靠性。由于晶片与基板之间的间隙非常小，要清除晶片底下残留的助焊剂非常困难，所以，需要选择低残留免清洗的助焊剂。

（1）助焊剂的黏性和应用方式

助焊剂是非牛顿流体，它的黏度会随环境温度、剪切应力及剪切速度而变化。黏度的国际单位为帕斯卡·秒（Pa·s），常见的单位有泊（P）、厘泊（cP）、斯托克斯（St）和厘斯托克斯（cSt）等，它们的换算关系如表2.5所示。助焊剂的应用方式一般有喷涂、针传输、利用各种阀点涂、浸蘸和刷涂，应用方式和黏度相关，一般适合浸蘸的助焊剂的黏度在4000～10000 cP，I/O数多及大的晶片要求助焊剂的黏度要低些，或者这时需要特殊的吸嘴夹持。而采用点涂或喷涂方式的助焊剂黏度较之要低，因其含固体成分的百分比要低，所以回流焊接后焊点周围的助焊剂残留量要少。一些助焊剂的特性及应用方式如表2.6所示。

（2）助焊剂的润湿能力

助焊剂必须有足够的润湿能力保证可焊性。不同的助焊剂润湿能力不太一样，受影响于其活性、回流焊接的环境、焊接材料、焊盘的表面处理方式、焊接表面的氧化程度和焊接面的大小。有的助焊剂只能适合在惰性环境里焊接，而有些助焊剂既可以应用在空气环境中，又可以应用在惰性焊接环境中。

我们可以通过实验来评估助焊剂的润湿能力。将蘸有助焊剂的元件贴在氧化程度不一样的铜板上，回流焊接后，量测焊料在铜板上铺开的面积就可以评估不同助焊剂的润湿能力了。在铜板上焊料铺开面积越大，说明可焊性越好。

不同的助焊剂、不同厚度和不同的焊盘氧化程度，润湿能力的测试如图2.29所示。需要注意的是，如上所述，可焊性会受回流焊接环境和焊盘表面处理等因素的影响，此测试方法可以为我们提供一种参考。

在实际生产条件下，SnPb焊球蘸取Multicore MP200、Kester TSF-6502和Indium TAC23几种助焊剂，在空气回流焊接环境中获得了比较好的焊接效果，如图2.30所示。

我们来比较在氮气回流环境和空气中回流焊接的效果。同样采用SnPb元件，焊接在OSP表面处理的焊盘上，结果是惰性回流环境中焊接效果要好，锡铅的焊接性能比无铅焊好，尤其是在无铅焊接工艺中，必须要使用氮气焊接环境，并且控制氧气浓度在50 ppm，如图2.31所示。

在采用不同表面处理方式的焊盘上的焊接性能也会不一样，镍金（Ni/Au）焊盘和浸银（ImmAg）焊盘可焊性要比OSP的焊盘好；较小的焊盘相对大的焊盘其可焊性或助焊剂在其表面的润湿能力要强，如图2.32和图2.33所示。

（3）助焊剂浸蘸工艺控制

我们需要控制助焊剂薄膜的厚度和浸蘸的过程。由于元件焊球的大小差异，需要设置恰当的薄膜厚度，以保证所有的焊球都需要蘸到足够的助焊剂量。蘸的助焊剂太少，则元件在基板上的保持力不够，容易在传输过程中移动；如果蘸的量太多，则回流焊接完之后助焊剂残留会过多，影响后面的底部填充和产品的可靠性，有时会出现助焊剂短路，这对于后面的热操作是不安全的。同时，薄膜厚度过厚，元件在浸蘸过程中可能会被粘在助焊剂里。那么，多厚的助焊剂算是恰当的厚度呢？要求助焊剂薄膜的实际厚度是焊球高度的一半左右。一般量测的实际厚度为设定的理论厚度的40%可以接受，但是薄膜厚度必须均匀稳定，如图2.34所示。

浸蘸过程中需要控制的参数有：往下浸蘸的加速度、压力、停留时间、浸蘸完成后往上加速度，以及助焊剂应用单元活动部分来回运动的频率。当然，这些参数和所选用的助焊剂特性有关。贴片头拾取元件在往下浸蘸过程中要减速，避免因对元件的冲击而导致晶片破裂或焊球变形。浸蘸时的压力要小于500 g，太大的压力会将元件压碎或导致焊球变形。元件下到底后停留的时间与助焊剂的特性相关，助焊剂通过毛细作用会爬上焊球。停留时间太长，元件会被助焊剂粘住而取不起来。浸蘸压力过大或时间过长都会导致助焊剂过量，图2.35所示是助焊剂过多，焊接后助焊剂仍残留在元件和基板上。如果浸蘸完后往上的加速度太大，也会有冲击，导致元件会被粘在助焊剂中。适当调节助焊剂应用单元活动部分的往复频率，及时补充助焊剂。一般助焊剂在温度25℃相对湿度85%的工作条件下其工作寿命是8 h，超出8 h需要更换新的助焊剂。

3.倒装晶片的贴装工艺控制

由于倒装晶片焊球与球间距非常小，相对于BGA的装配，需要更高的贴装精度。同时也需要关注从晶片被吸取到贴装完成这一过程。在以下过程中，元件都有可能被损坏：

● 拾取元件；

● 影像处理；

● 助焊剂工艺；

● 元件调整方向及贴装到基板上。

所以吸嘴的选择和压力的控制很关键，如7.23节中所述。对于一些柔性电路板（Flexible Circuite），硬而平整的支撑贴装是关键，如果没有平整的支撑，贴装时就会出现“弹簧床”现象，贴装头一移开，基板就回弹，造成元件偏移。一般柔性电路板除了本身的支撑板外，还需要有夹具来保证其平整。为了获得倒装晶片清晰的影像，需要调整和优化照相机光源，关键是增大明暗区域的色差。一般的照相机会有直线光源（无水平倾角）和斜光源（有水平倾角），对于倒装晶片利用侧光（Side Light）会获得较理想的图像。在倒装晶片的贴装中，除整板基准点外，局部基准点往往被用来提高装配的精度。像一些比较大的基板稍微的伸缩或偏差都会带来非常显著的影响，这时必须利用局部基准点来矫正贴装位置。但是值得注意的是，一旦选用局部基准点势必会增加整个贴装的时间，特别在装配多联板时，循环时间会增加显著。所以，要仔细考虑装配良率和产能之间的平衡。

4.回流焊接工艺

在回流焊接炉中，倒装晶片和其他元件要被焊接在基板上。在此过程中，如果加热的温度太高，或者时间太长，助焊剂便会在润湿整个焊接面之前挥发或分解完，造成润湿不良或其他焊接缺陷。另外，在复杂的混合装配中，大元件比小元件温度要低，造成每个焊点温度的不均匀。元件焊球的不共面性在此也应受到关注。锡铅共晶材料的焊球如果蘸取助焊剂的量恰当，即使其只是刚好接触到焊盘，在回流焊接过程中也会与焊盘焊接良好。由于焊球大小的差异，假设基板平整没有变形，则只有3 个最大的焊球接触到焊盘。实际情况是基板不会完全平整，可能并不是3 个较大的焊球接触焊接面。我们注意到，在焊接过程中，由于焊球的“坍塌”，非常显著地降低了基板焊盘与元件之间的距离。正是因为这种“坍塌”，使得那些原本没有和焊盘接触的焊球也在此过程中焊接完好，如图2.36 和图2.37所示。但是那些太小的焊球尽管有这种补偿作用仍然会存在接触问题，引起电气开路。在回流炉中，焊点形成完整的坍塌连接是关键。

（1）回流环境的考虑

在空气中回流焊接，形成电气连接并非难事。但我们仔细检查会发现一些非常显著的焊接缺陷。一些焊盘只是部分的润湿，很少焊点会形成完整的“坍塌”连接，甚至可以发现有些元件可能有轻微的歪斜。对于无铅焊接而言，问题更严重。

倒装晶片在氮气中回流焊接有许多优点。在较低氧气浓度下回流焊接，条件比较宽松，可以获得很好的焊接良率。由于减少了氧化，可以获得更好的润湿效果，同时工艺窗口也较宽。在氮气回流环境中熔融的焊料表面张力较大，元件具有很好的自对中性，可控坍塌连接会更完整，焊接良率也会较高。对于无铅焊接工艺，特别是当基板焊盘的表面处理方式是OSP时，推荐使用氮气，控制回流炉内氧气浓度在50 ppm左右。但是氮气的使用会导致成本增加25%～50%。需要在良率和成本之间考虑平衡。如果在此情况下要考虑应用空气回流焊接，则推荐使用DR（Direct-Ramp）形态的焊接温度曲线。另外，一些小的元器件，如0201/0402在氮气中回流焊接会产生较多的立碑缺陷，这些都需要综合考虑。

（2）回流焊接温度曲线设置

对于混合装配，在同一产品上既有助焊剂装配又有锡膏装配，所以焊接温度曲线需要仔细地优化。主要从这几个方面进行优化设置：升温的速度、助焊剂活化温度和时间、液相以上时间，以及回流最高温度和冷却速度。一般来说，锡膏或助焊剂会针对以上参数推荐一个范围给使用者，但这个范围比较粗糙，由于工厂的产品千差万别，没有一个所谓通用的“标准”焊接温度曲线，需要对不同的产品进行优化。优化参考的标准是焊接完成后，焊接不良率要最低，产品无明显的翘曲变形，外观没有因温度而造成的损伤，焊点形成完整并且足够的焊接强度，焊点光亮无氧化。对于一些复杂的装配，电路板上既有小的倒装晶片，又有较大的元件，如BGA或连接插座等，由于热容的差异，如果不仔细地优化炉温设置，有时板上的温度差会高达15～20℃，造成基板严重翘曲变形，焊点因为应力而开裂。基板的翘曲变形对倒装晶片的装配良率影响明显，综合元件焊球大小的差异，其影响有时非常显著。

回流温度曲线形态有RSR（Ramp-Soak-Ramp）（如图2.38所示）和DR（Direct Ramp）两种，根据锡膏和助焊剂的特性而定。RSR在以下情况下被应用得比较多：

● 板上元件较多而且差异很大；

● 需要减少焊点内空洞；

● 要求预热温度小于1.5℃/s时受限于产量和设备能力。

DR温度曲线（如图2.39所示）有以下特点：

● 可以有比较小的升温速度（0.5～1.0℃/s）；

● 适合在厚度为1.6 mm或更薄的板上装配小的CSP、BGA、芯片和片状元件；

● 当板更厚或元件差异更大时，推荐预热速度为0.50℃/s。

在元件封装工艺中或电路板上元件较少而且都是相同元件时，趋向应用DR形态的回流焊接温度曲线，可以获得较高的产量，焊接品质也可以满足要求。但不同产品需要优化出对应的温度曲线，如图2.40所示。怎样进行温度曲线的优化呢？需要了解在焊接各个阶段，如果焊接温度设置不当，可能会出现的问题，那么，我们就会有针对性的来进行优化设置了。

一般从室温升高到助焊剂活化温度，升温速度要求小于2.5℃/s，升温太快会对元件造成热冲击，除此之外，还会导致助焊剂急剧挥发造成锡珠、锡塌和元件“爆米花”等现象。比较小的升温更有利于减少电路板上的温度差。

锡铅焊膏中助焊剂活化温度一般为120～150℃，无铅锡膏中助焊剂活化的温度较高，一般为150～200℃。在此温度，助焊剂的活性被激发，清洁焊接面，去除焊接表面的氧化物，润湿焊接表面，防止焊接面在炉内的再次氧化。如果设置的温度过高，助焊剂会急剧挥发，一部分甚至会分解，导致焊接面清洁润湿不良或焊接面氧化，焊接完后焊点内出现空洞。过低的温度设置会导致助焊活化时间不足，焊接表面的油污和氧化物不能完全去除，导致焊接不良。另外，会有较多的助焊剂留在回流焊接阶段而导致焊点内过多的空洞。适当的助焊剂活化时间不仅可以很好地润湿焊接面，还可以降低焊点中的空洞。但是太长的活化时间反而会导致焊点内空洞的急剧增加，原因是助焊剂在此阶段过度挥发，焊接面及焊料氧化，在回流阶段没有足够的助焊剂覆盖在熔融的焊料金属表面，导致过多的氧化。所以在此温度下的时间需要细心地优化。

一般对于无铅工艺，助焊剂活化的时间为60～90 s，对于锡铅工艺，助焊剂活化时间为2.5～3 min。

在回流焊接过程中，液相以上时间要适当，时间太短，焊点可能不完整，容易出现“冷焊”；时间太长，则会有氧化的问题，焊点发黑无光泽，元件及电路板容易损坏，而且焊点内金属间化合物会过度生长。对于无铅工艺，控制液相以上时间在45～90 s，推荐时间为60 s。锡铅工艺，液相以上时间控制在60～75 s，推荐时间为60 s。

回流的最高温度一般要求高于液相温度15～30℃，原则是在满足焊接要求的情况下，尽量使用较低的焊接温度以降低由于高温引起的翘曲变形、焊点的氧化及控制金属间化合物在焊点内的过度生长。但太低的回流温度会导致焊接不充分，或者焊料不能完全熔化，出现“冷焊”。太高的回流温度不仅带来产品的翘曲变形，焊点的氧化，还会损坏元件和基板，焊点内金属间化合物也会长得很大。

冷却速度在无铅工艺中已备受关注，原因是其影响焊点的微观结构和可靠性。比较慢的冷却速度，焊点内金属间化合物尺寸会很大，同时锡的结晶颗粒也会比较粗，这些对焊点的可靠性都不利。而比较快的冷却速度有利于减少焊点内金属间化合物的形成，锡晶颗粒也会比较细。但是快速的冷却会导致基板和元器件严重的翘曲变形。所以，在优化此参数时需要平衡考虑。另外，在组装倒装晶片时，在强制热风回流炉设置中往往被忽略的一个参数就是风扇的转速，太强的气流有时会将细小的元件吹跑或导致元件偏移。一般可以调整其转速在3500 r/min左右。

5.焊接完成之后的检查

焊接完成之后我们可以对产品进行一些非破坏性的检查，譬如，利用X射线检焊点是否桥连、开路，焊点内是否有空洞，以及润湿情况，还可以进行电气测试。由于此时还未完成底部填充，不便进行机械测试和热循环及老化测试。

由于倒装晶片焊点在元件的下面，直接检查非常困难，利用X射线检查仪能够观察到一些焊接缺陷。

可以观察到焊接过程中倒装晶片具有非常好的“自对中性”，在氮气焊接环境中尤其突出，如图2.41和图2.42所示。

可以观察到焊接表面的润湿情况，如图2.43和图2.44所示。

可以观察到焊点焊接不完整，焊点开路，如图2.45所示。

还可以检查焊点内是否有空洞，如图2.46所示。

当然也可以对焊点进行切片，检查其内部润湿和坍塌情况，以及量测元件离板高度，还可以结合金相显微镜或电子扫描显微镜（SEM）检查焊点微结构，但这些检查建议在完成底部填充后进行，以免错失一些缺陷，如图2.47、图2.48和图2.49所示。

6.倒装晶片的底部填充工艺

底部填充工艺就是将环氧树脂胶水点涂在倒装晶片边缘，通过“毛细管效应”，胶水被吸往元件的对侧完成底部充填过程，然后在加热的情况下胶水固化。为了加快胶水填充的速度，往往还需要对基板进行预热。利用“毛细管效应”进行底部填充的工艺分为以下几个步骤：

● 基板预热；

● 分配填料（点胶）；

● 毛细流动；

● 加热使填料固化。

为什么倒装晶片焊接完后都需要进行底部填充呢？我们来看焊接完成之后组件中材料，其中电路板、元器件和电路板材料为有机材料，如环氧树脂玻璃纤维加强材料、铜焊盘及线路、焊盘上其他金属和阻焊膜，而元件基材是硅，还有金属焊球。所有这些材料热膨胀系数都不一致，稍微的热变形可能会造成组件内应力集中的现象，由于倒装晶片组件的焊点非常小，很容易在此过程中破裂。之所以需要底部填充是因为倒装晶片组件：

① 材料之间热膨胀系数不匹配；

② 弯曲变形可能造成失效；

③ 跌落/冲击/机械振动造成失效；

④ 静态负荷，如散热片工作产生的热量导致失效；

⑤ 需要提高热循环寿命。

底部填充分为基于毛细流动的底部填充和预先施加胶水的非流动性底部填充工艺，对于后者，我们将随后介绍。

在图2.50中，因未进行底部填充，SnPb焊点出现疲劳裂纹。

图2.51是倒装晶片底部填充材料特性与结构示意图。

（1）底部填充工艺对于填充材料的要求

对于填充材料的特性，我们要求：

① 流动性要好，同时有比较好的润湿能力，能够适应最小的间隙，在流动过程中不容易产生气泡，有较好的形成圆角的能力。

② 固化条件能够和现有的生产工艺流程相匹配。较长的固化时间可能会成为生产线的瓶颈。

③ 良好的可靠性，譬如，较高的玻化温度（Tg），与组件相匹配的热膨胀系数（CTE）等。

④ 与助焊剂有良好的兼容性。有时由于材料选择不当，助焊剂和填充材料之间会产生交互反应，使产品可靠性迅速降低。

⑤ 组装完成后，组件能够承受长时间的老化，并且暴露在湿汽中功能和可靠性不受影响。

⑥ 组件可以通过无铅湿敏度测试（JEDEC，Level 3）。

在实际应用中，我们该如何选择底部填充材料呢？填充材料的选择是与产品特点相关的，往往需要在工艺和可靠性间平衡。以下是我们在选择材料时考虑的因素：

● 基板材料的不同，硬质板和柔性板要求底部填充材料热膨胀系数会不一样。

● 晶片尺寸的大小及离板的间隙会影响胶水在底部流动的速度，较大的元件需要流动速度较快的填充材料，要考虑填充材料的流动速度是否成为瓶颈。

● 填充材料在小的间隙中是否具有合理的流动速度。一般材料都会界定最小的填充间隙，在选择时需要考虑产品的最小间隙是否满足要求。

● 填充材料在小的间隙中流动是否会容易产生气泡，气泡的存在会降低产品的可靠性。

● 底部填充材料对上下两侧材料的润湿力是否相近，如果差异太大，会造成流动不完整或产生气泡。

● 填充材料自动形成圆角的能力要强，其对元件基材具有良好的润湿能力，一部分填充材料要能够自动爬至元件的四个侧面形成圆角。

一些底部填充材料的特性如表2.7所示。

边缘圆角对于组件可靠性非常关键，它与环境、填料本身的特性、助焊剂及阻焊膜和基板的厚度相关。

边缘圆角厚度是指元件下表面一边与填料由于爬升至元件侧面形成弧线的切线之间的距离，如图2.52和图2.53所示。

那么圆角厚度多少才合适呢？3～10 mil对一些在热循环中有较好表现的材料比较适合。太薄则容易与晶片和基板分离，过厚则在角落处容易出现裂纹，或在附近焊点出现分层。由于胶水分配工艺稳定性的原因，胶水量在10%内变动属于正常，如图2.54所示。

（2）底部填充工艺控制

基板在底部填充之前需要烘烤，倒装晶片基材是硅，无须烘烤。烘烤目的是为了驱除基板/组件内的水汽，防止在固化过程中因热蒸发进入填料而形成气泡。基板/组件需储存在干燥环境中，仅在底部填充前烘烤。烘烤时间依赖于组件/基板的构造，阻焊膜内的水汽一般125℃下30 min便可驱除，但内层水汽即使125℃烘烤2 h还不能驱除。焊盘表面处理方式是OSP的基板需要考虑在烘烤过程中氧化的问题。

一般填充材料在一定温度下毛细流动速度较低温下快，所以底部填充材料都需要预热到一定温度，以便其在元件底部的流动。板上预热温度可以控制在90℃左右，或依照材料的使用说明设置适当的预热温度。胶水一般保存在-40～-60℃的低温环境中，使用前需要将其从超低温冰箱中取出回温到室内温度。胶量的控制对于合适的边缘圆角形成非常关键。我们可以设定如图2.55所示的模型，进行理论胶量的计算，但是更重要的是控制稳定的胶水流量，形成满意的边缘圆角。

模型建立：总的胶量可以分割成元件底部和四周圆角两部分。

● Vt：理论胶量；

● Vs：元件底部胶量；

● Vf：元件四周圆角胶量；

● I：元件宽；

● W：元件长；

● h：元件厚；

● s：元件离板间隙；

● t：边缘圆角在基板上的宽；

● n：焊球的数量。

则

Vt = Vs + Vf

Vs = I × W × s — 4/3 × n × π × (s/2)3

Vf = 1/2 × t(s+h) × 2(l + W) + 4 × 1/4 × π/3 × t2 × (s + h)= t × (s + h) × (I + W + (π/3) × t)

填充材料流动速度或填充的时间除了与其特性相关外，还与晶片尺寸大小、离板间隙以及填充材料对元件和基板的润湿力相关。如果晶片尺寸较大而且离板间隙小，则填充完整需要的时间就长。填充材料对元件和基板的润湿力差异太大，也会造成填充时间过长，而且可能会产生气泡。填料在元件底部流动的速度还与点胶的路径有关系，在填料流动方向上阻碍多，如焊点和阻焊膜窗口等，会造成流动速度慢而且容易产生气泡，如图2.56、图2.57和图2.58所示。

好的点胶路径的安排可以获得非常好的流动效果，而且能降低填料中的气泡。如图2.59 和图2.60所示，路径1（I型）和路径2（L型）比较常用，应尽量避免使用路径3（U型），因为这种方框型的路径很容易将元件底部的空气封入填料中。即使选择路径1 或2，也需要仔细优化画线的长短和粗细。当画线太长时，会导致两侧部分流动快，而中间部分流动慢，最后将空气封入填料中。这时推荐使用较短的粗线，在流动方向上让填料中间部分流动稍快，避免产生气泡。但此时需要考虑倒装晶片四周是否有足够的点胶空间，可不可以避过靠得很近的其他元件。对于周围没有太多空间的情况，有时可以在同一边同一位置画多道细线来解决。

单路径有利于减少流动过程中卷入的气泡，但是完成填充的时间会长。如果焊盘处在阻焊膜长的窗口中，这时应避免填料流动的方向与阻焊膜窗口的长度方向平行，因为在这种情况下，在填料流动过程中气泡很容易在阻焊膜窗口内形成，如图2.61所示。

填料的固化可以在回流炉或自动控制的烤箱中完成，需要控制加热的温度和时间。不同的底部填充材料需要的加热温度和时间会不一样，温度比所要求的低或高出10℃会对可靠性产生非常显著的影响。温度太低，填料不能完全固化；温度太高，则会带来氧化的问题。加热时间的偏差应该控制在所要求加热时间的20%以内，假如20 min的固化时间，16 min会太短，24 min则会太长。对于一些混合装配，产品上可能有一些热敏元件，长时间的高温加热会对其造成伤害，这时工艺安排上需要考虑先进行底部填充，然后固化，再装配那些热敏元件。可能一些基板焊盘采用OSP的表面处理方式，多次受热会导致焊盘氧化可焊性降低，如果固化之后还有其他SMT工艺，则会产生相当大的影响，在氮气中完成固化是有效的解决方案。

7.倒装晶片的非流动性底部填充工艺（No-Flow Underfill，or Reflow Encapsulant）

非流动性底部填充工艺流程如图2.62所示，其特点是将底部填充材料在晶片贴装之前点涂在基板上，然后在其上贴装元件，在回流焊接炉内同时完成焊接和填料固化。

非流动底部填充工艺与传统底部填充工艺相比的优点是：

● 取消了底部填充工艺，使点胶设备变得简单，无须精确的点胶位置控制，点胶设备无须加热和温度控制系统。

● 移除了助焊剂工艺，降低了循环时间，提高了产能。

● 焊点被胶水完全包围与空气隔绝，回流焊接环境中不需要氮气。

● 无须考虑助焊剂与胶水的兼容性问题。

但是该工艺也有其局限性，表现在：

● 工艺步骤和传统工艺一样多，都需要点胶。

● 在贴装过程中，会在填料中产生气泡和空洞，特别是大的阵列元件容易产生气泡。

● 此类填充材料由于没有填料颗粒，热膨胀系数CTE大，60～120 PPM/℃，在热循环测试中表现出较低的可靠性。

● 由于液态填料的特性，元件会受到浮力的作用，在大元件上表现更明显，在贴装过程中要求降低贴装速度。

● 由于要求焊接必须在胶水固化之前完成，而导致回流焊接工艺窗口变小，实际操作起来难度较大，良品率有时低于50%。

由于没有应用助焊剂，要求非流动性的底部填充材料能够代替助焊剂的功能，对焊接面有良好的润湿效果。其固化温度曲线和一般的SMT焊接温度曲线要有良好的兼容性，以获得较宽的工艺窗口。材料选择不好，工艺控制不当，往往会出现填料不能完全固化或电气开路等问题。

工艺控制重点：

胶量的计算和控制与上面所介绍的底部填充工艺一样，胶点的形状是点胶工艺控制的重点之一。胶点的形状有多种，如点形、单线、交叉线或星形和整区域点涂等，主要根据倒装晶片的尺寸大小、形状及焊球的布局而定。点形主要应用于小元件的装配，将胶点涂在元件位置的中间。单线则适合较小的方型元件，而交叉线或星形则适合较大的元件，以供给足够的填料到四角焊球，如图2.63所示。胶点形状不恰当会带来气泡，或者填料流动不充分。

贴装过程也需要仔细控制，此时要求使用较低的贴装速度，让填料润湿焊球，焊球接触焊盘后需要保持30～50 ms，让填料自动爬至倒装晶片四侧，这样元件被胶水“拉”住在贴装位置而不致漂浮在胶水上发生移动。贴装的压力控制在150～300 g。在此贴装过程中会不可避免地带进气泡，这是因为液体填料表面张力的作用，在焊球接触填料到其接触焊盘过程中，焊球不能被完全润湿，以至在其周围有空气存在而最终被封入填料中，如图2.64所示，但此类气泡往往在回流焊接过程中消失。

我们可以用玻璃片观察到贴装过程带入的气泡。将胶水点涂在玻璃片上，然后将玻璃片放在基板上，利用贴片机在玻璃片上自动贴装元件，取下玻璃片，将其连同元件一起翻转过来，放在显微镜下可以观察到焊球周围的气泡，如图2.65所示。

在加热温度为155℃时，随着加热时间的延长，此类气泡会逐渐消失，如图2.66所示。

回流焊接及固化过程是另一需要控制的重点。在同一回流焊接炉内，必须先完成焊接，然后胶水才能固化。由于在焊接过程中，元件离板高度有一定程度的降低，所以胶水此时要能够流动。

一般胶水的固化温度在165℃左右，固化时间为5～30 min，对于固化时间要求比较长的材料，在过完回流炉之后还需要再次加热，保证填料完全固化。在选择非流动性底部填充材料时，要充分考虑其固化温度曲线和焊接温度曲线兼容性的问题，助焊剂活化温度和回流焊接温度高的温度曲线与固化温度低或固化时间短的温度曲线兼容性就差，此时工艺窗口很窄，要获得满意的装配良率会比较困难。那么，该如何获得我们所需要的温度曲线呢？可以通过以下步骤来优化焊接及固化温度曲线，如图2.67和图2.68所示。

① 板上元件全部装配，然后取得感兴趣元件的温度曲线，这就是你的参考基准曲线；

② 只贴装倒装晶片，取得温度曲线，这是温度高的曲线；

③ 将基线的每个温区温度下降5℃得到温度最低的曲线；

④ 在参考基准曲线和高温曲线间设置一温度曲线，在参考基准曲线和低温曲线间设置一温度曲线；

⑤ 用以上每种温度曲线组装样品，以电气测试、X射线仪、声波扫描仪和切片等方法检查是否有焊点畸形、开路、冷焊、桥连及气泡等；

⑥ 选择焊接及固化效果最好的一种温度设置。

当使用温度最低的曲线时要留意填料是否固化，可以使用声波扫描和切片检查元件底部填料中是否有“空洞”存在并有蔓延的微裂纹。

8.回流焊接及填料固化后的检查

对完成底部填充以后的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、断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，需要用超声波扫描显微镜（C-SAM）或通过与晶片底面平行的切片（Flat 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2.69、图2.70、图2.71和图2.72所示。

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和预防各种可能出现的缺陷。表2.8 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，采取正确的解决或预防方法。

9.总结

倒装晶片在产品成本、性能及满足高密度封装等方面体现出优势，它的应用也渐渐成为主流。由于倒装晶片的尺寸小，要保证高精度高产量高重复性，这给传统的设备及工艺带来了挑战，具体表现在以下几个方面：

① 基板（硬质板或软板）的设计方面；

② 组装及检查设备方面；

③ 制造工艺、晶片的植球工艺、PCB的制造工艺和SMT工艺方面；

④ 材料的兼容性。

全面了解以上问题是成功完成倒装晶片组装工艺的基础。在倒装晶片试生产或量产前，需要针对工艺、材料及设备做好相应的准备工作，以下是生产或试生产前所要做的准备工作的一份清单，可以指导我们的生产作业。

（1）倒装晶片

● 目视检查；

● 焊球高度量测。

（2）基板

● 目视检查；

● CMM量测焊盘尺寸、阻焊膜窗口尺寸和偏移量；

● 在回流温度下量测翘曲变形量。

（3）助焊剂

● 助焊剂的选择；

● 助焊剂厚度的控制；

● 助焊剂应用装置的操作；

● 助焊剂回温。

（4）贴装

● 贴装程序，吸嘴的选择，基板的支撑；

● 送料器程序的编辑；

● 双面胶板试贴；

● 基板/组件烘烤。

（5）回流焊接

● 测温板制作；

● 炉温曲线；

● 氧气浓度量测。

（6）测试

● 电测试；

● 拉力测试；

● X射线仪检查。

（7）底部填充

● 组件/基板烘烤；

● 胶水的选择；

● 胶水回温；

● 胶量的控制；

● 点胶路径；

● 预热温度；

● 固化温度，时间和环境。

（8）测试

● 边缘圆角检查量测；

● 超声波显微镜C-SAM检查；

● 切片检查。