00256芯片粘接設(shè)備的選擇策略

1、芯片粘接設(shè)備的選擇策略在工藝研究和隨后的小批量生產(chǎn)階段，oem工程師們要為設(shè)備的選購做大量工作，此時(shí)需要對(duì)半自動(dòng)和全自動(dòng)芯片粘接機(jī)的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行仔細(xì)研究。裸片粘接設(shè)備能處理多種面陣列封裝互連形式(如倒裝芯片、芯片級(jí)封裝等)，因而對(duì)性能的要求也有很大不同。工藝工程師所面臨的最大難題是各種倒裝芯片封裝形式以及相關(guān)的處理這些封裝的不同工藝不斷在涌現(xiàn)，如回流焊、聚合物粘接及低熔點(diǎn)粘接等等。根據(jù)設(shè)計(jì)不同，有時(shí)12m的貼裝精度就可以了，而有時(shí)則要求5m甚至更高的精度。目前，工業(yè)用半自動(dòng)芯片粘接機(jī)的倒裝芯片貼裝精度為5m，這種性能使粘接設(shè)備工作時(shí)的靈活性得到提高。如果要將半自動(dòng)機(jī)型與全自動(dòng)機(jī)型的速度作比較，很

2、重要的一點(diǎn)是不能只看機(jī)器正常工作時(shí)的產(chǎn)能，還要把設(shè)置機(jī)器所需時(shí)間和復(fù)雜程度考慮在內(nèi)。對(duì)全自動(dòng)機(jī)而言，要完成芯片與基板上的目標(biāo)點(diǎn)校準(zhǔn)以及設(shè)置放大倍數(shù)和z方向運(yùn)行范圍等，其學(xué)習(xí)過程花費(fèi)的時(shí)間會(huì)很多。全自動(dòng)機(jī)器用一天的時(shí)間來進(jìn)行設(shè)置一點(diǎn)都不奇怪，而對(duì)于半自動(dòng)機(jī)型而言則可能只需要15分鐘的設(shè)置時(shí)間。因此，如果芯片數(shù)量較少，可用半自動(dòng)機(jī)進(jìn)行設(shè)置和生產(chǎn)，此時(shí)完成任務(wù)所需時(shí)間只相當(dāng)于全自動(dòng)機(jī)的準(zhǔn)備時(shí)間。除了在小批量生產(chǎn)時(shí)選購半自動(dòng)機(jī)型具有投資少、設(shè)置簡單等優(yōu)點(diǎn)以外，還應(yīng)該考慮到目前的半自動(dòng)芯片粘接機(jī)不僅能作倒裝芯片粘接，還可以進(jìn)行激光二極管加熱粘接及低熔點(diǎn)粘接。 基本功能不考慮高密度互連場合，粘接設(shè)備最基本

3、的功能應(yīng)包括裸片吸起與基板對(duì)位、施加粘接力以及加熱。芯片對(duì)位采用視像系統(tǒng)進(jìn)行，它利用棱柱分光器，(在處理倒裝芯片時(shí))能夠同時(shí)觀察到芯片與基板的圖像。但是視像系統(tǒng)不能使操作者實(shí)時(shí)觀察粘接的實(shí)際過程，有時(shí)希望能有一個(gè)像繞軸直接觀察顯微鏡之類的放大系統(tǒng)，用來監(jiān)控芯片貼放過程和進(jìn)行故障診斷(特別是低熔點(diǎn)和激光二極管加熱粘接)。圖1：具有擴(kuò)展棱柱分光器與繞軸直接觀察顯微鏡成像的半自動(dòng)激光二極管加熱粘接機(jī)圖1顯示在半自動(dòng)激光二極管加熱粘接機(jī)上裝有棱柱分光器和繞軸直接觀察顯微鏡的情況。棱柱分光器在基板焊盤圖像上疊加倒裝芯片凸起的圖像，這對(duì)微型倒裝芯片的對(duì)位是很重要的，另外還要用到光纖照明，使得圖像呈現(xiàn)不同的

4、灰度以確保觀察正確；同時(shí)還有帶可控變焦鏡頭的攝像機(jī)，以提供各種放大倍數(shù)條件下的優(yōu)化觀察效果，滿足取料與對(duì)位所需最小要求。可以看到，這種半自動(dòng)系統(tǒng)不需要像全自動(dòng)系統(tǒng)那樣進(jìn)行設(shè)置，全自動(dòng)系統(tǒng)對(duì)位過程利用圖像識(shí)別系統(tǒng)來完成，而圖像識(shí)別系統(tǒng)則需要一個(gè)學(xué)習(xí)過程。無論是半自動(dòng)還是全自動(dòng)系統(tǒng)，都需配備適當(dāng)?shù)恼辰恿刂乒δ芤詽M足芯片粘接的需要。假設(shè)使用的是焊接材料，則當(dāng)芯片浸過助焊劑后，即應(yīng)在其上施加足夠粘接力(50-300克)使其正確地在基板上固定；若采用環(huán)氧樹脂等膠粘劑，則施加力的大小與時(shí)間都很重要，固化時(shí)芯片上所加的力可高達(dá)10kg，才能確保粘接良好。其它情況下同樣需要精確的力量大小控制，包括精密的微型

5、芯片以及各工位(取料點(diǎn)、浸助焊劑以及貼裝點(diǎn))所需力的大小都不相同的情況。倒裝芯片要用回流焊時(shí)需另添一臺(tái)加熱設(shè)備，或者就在貼放裸片的同一機(jī)器里完成回流焊。如果選擇后者，則貼放設(shè)備需要根據(jù)不同情況，用不同的方式進(jìn)行加熱。比如采用裸片加熱工具、可設(shè)定溫度的升溫臺(tái)或者利用熱氣噴嘴的點(diǎn)式加熱工具。值得注意的是采用最后一種點(diǎn)加熱方式一次只能對(duì)一個(gè)芯片進(jìn)行加熱，而且還能夠用于返修(圖2)。圖2：用雙熱風(fēng)噴嘴加熱一個(gè)芯片全自動(dòng)粘接設(shè)備也具有同樣的加熱功能，但是用自動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行返修卻是不實(shí)際的。系統(tǒng)分類與性能在講述其他特性之前，首先應(yīng)考慮粘接系統(tǒng)的應(yīng)用環(huán)境(比如目前倒裝芯片粘接正在普及)，這將有助于確定所需投資的

6、大小并可以深入了解所希望的一些附加特性。例如有一些專為剛剛開始介入倒裝芯片連接的公司而設(shè)計(jì)的低價(jià)位半自動(dòng)臺(tái)式入門級(jí)機(jī)型，如圖3所示(1級(jí))。圖3：850型倒裝芯片粘接機(jī)(1級(jí))這種設(shè)備具有一定的對(duì)位精度，并配有可控粘接力控制和加熱裝置，其貼放精度為12m，可用于電路板或柔性線路板上的倒裝芯片、芯片級(jí)器件和裸芯片粘接，沒有經(jīng)過培訓(xùn)的操作人員僅需15分鐘即可掌握這種粘接機(jī)。它配有晶圓吸取工位和2,580.64mm2真空臺(tái)(尺寸可選)，粘接力為50-300g(可選2kg)，帶有手動(dòng)或電動(dòng)助焊劑托盤，產(chǎn)能可達(dá)120件/小時(shí)。該設(shè)備通過棱柱分光器上的調(diào)節(jié)旋鈕獲取掃描圖像，在處理具有不同間距和凸點(diǎn)尺寸的大

7、型倒裝芯片時(shí)，允許操作者以1/2英寸步距使視窗圍繞中心向各方向作前后平移，比如處理凸起直徑在4mil左右而間距在6mil左右的器件。機(jī)器上配有x-y精密移動(dòng)工作臺(tái)，并裝有氣動(dòng)閥和啟動(dòng)貼裝的z向運(yùn)動(dòng)控制按鈕，基板固定裝置在x、y和方向可作微米精度調(diào)節(jié)，它的選件包括工作溫度可達(dá)350的加熱裝置和微型熱風(fēng)噴嘴。最近一家半自動(dòng)芯片粘接機(jī)制造商在其倒裝芯片粘接機(jī)上推出了一種新選件，可以將采用新型可修復(fù)底部填充材料粘好的倒裝芯片再取下來。這種新式半自動(dòng)返修工具特別適合于使用新型可修復(fù)底部填充與助焊劑混合材料的倒裝芯片新工藝，如使用新型非流動(dòng)性可修復(fù)底部填充材料的工藝。該工具包括一個(gè)聚熱式芯片加熱源、帶基板

8、固定裝置的加熱臺(tái)、芯片抓取器、對(duì)位顯微鏡、一個(gè)內(nèi)置有計(jì)算機(jī)和電源的控制盒以及工作臺(tái)清潔系統(tǒng)。應(yīng)注意雖然這些特性可以增加半自動(dòng)機(jī)型的功能，但卻不能用于在線式全自動(dòng)粘接設(shè)備中。對(duì)于要求更高的應(yīng)用，諸如金凸起倒裝芯片以及相關(guān)的激光二極管加熱粘接等，對(duì)溫度、壓力和速度控制的要求更加嚴(yán)格。圖4：860型omni粘接機(jī)(2級(jí))圖4所示的多功能機(jī)型其性能與復(fù)雜性均屬于更高一個(gè)級(jí)別(2級(jí))，這種半自動(dòng)臺(tái)式機(jī)含有棱柱分光器與繞軸直接觀察顯微鏡，適用于要求機(jī)器性能更高(如更大粘接力控制)及功能更通用的用戶，以便處理小批量含有金、普通焊料、膠粘劑或柱形凸起的倒裝芯片及激光二極管加熱粘接和低熔點(diǎn)粘接等。這類系統(tǒng)能夠?qū)?/p>

9、尺寸通常在3.8076mm2至645.16mm2之間的裸片進(jìn)行對(duì)位和粘接，貼裝精度為5m，產(chǎn)能為120件/小時(shí)。其標(biāo)準(zhǔn)選件包括電動(dòng)旋轉(zhuǎn)夾頭、電動(dòng)掃描(便于對(duì)周邊進(jìn)行觀察)及快速加熱吸嘴等，其中最后一種選件特別適用于熱壓粘接?？焖贌嵛旒瓤梢詫⒌寡b芯片加熱至預(yù)定溫度，也可以按指定的速率迅速升溫并在不同的溫度設(shè)定點(diǎn)保持準(zhǔn)確的時(shí)間長度。對(duì)于溫度特別高的工藝，該系統(tǒng)還可配備升溫速度為20/秒，最高溫度可達(dá)500或更高的加熱臺(tái)。第3級(jí)設(shè)備是要求最高的機(jī)器，具有更大粘接力、更高精度和更強(qiáng)的通用能力，圖5：410型倒裝芯片粘接機(jī)(3級(jí)) 圖5中的落地式半自動(dòng)裸片粘接機(jī)就屬于這種。這類機(jī)器主要用于試驗(yàn)室與工藝

10、開發(fā)部門，他們需要的設(shè)備必須具備多種性能及較大加工臺(tái)面，以完成樣品開發(fā)以及前沿技術(shù)特性研究，包括激光二極管加熱粘接及下一代多層電路板等。這一類粘接機(jī)的貼放精度為5m，適用裸片尺寸從6.4516mm2至645.16mm2，并能用熱風(fēng)實(shí)現(xiàn)點(diǎn)加熱。它的工作臺(tái)溫度很高，閉環(huán)控制粘接力的大小從5g至10kg(對(duì)于玻璃板上的芯片加工還可提供更大粘接力)，并且可以裝上超聲刷對(duì)微波(microwave)倒裝芯片進(jìn)行熱聲粘接。其加熱臺(tái)面積為3,870.96mm2，在x、y及方向可作6mm電動(dòng)調(diào)節(jié)，另外它還有電動(dòng)調(diào)焦與視窗移動(dòng)功能，可以在較高放大倍數(shù)下觀察大尺寸芯片。其操作時(shí)序可編程控制，并能以宏的形式存入系統(tǒng)中。3級(jí)設(shè)備必須安裝在防震臺(tái)上，以保證精確貼裝所需的穩(wěn)定性。上述各種系統(tǒng)的最大產(chǎn)能約為120件/小時(shí)，對(duì)于研發(fā)及大部分小批量(甚至一些中批量)生產(chǎn)而言，這一速度已足夠了。如果產(chǎn)能要求很大，就需要考慮購買帶圖像識(shí)別的高速自