对贴装精度及稳定性的要求

       对于球间距小到0.1mm的器件，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，我们在此不作讨论，这里我们只是来讨论机器的贴装精度。

       芯片装配工艺对贴装设备的要求

      为了回答上面的问题，我们来建立一个简单的假设模型：

     1.假设倒装芯片的焊凸为球形，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和冲击的影响；
     4.在回流焊接过程中，器件具有自对中性，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25μm的焊球如果其对应的圆形焊盘的直径为50μm时，左右位置偏差（X轴）或 前后位置偏差（Y轴）在焊盘尺寸的50%，焊球都始终在焊盘上（图9）。对于焊球直径为25μm的倒装芯片，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12μm@3sigma。

  
图9

       对照像机和影像处理技术的要求

      要处理细小焊球间距的倒装芯片的影像，需要百万像素的数码像机。较高像素的数码像机有较高的放大倍率， 但是，像素越高视像区域（FOV）越小，这意味着大的器件可能需要多次“拍照”。照像机的光源一般为发光二极 管，分为侧光源、前光源和轴向光源，并可以单独控制。倒装芯片的的成像光源采用侧光、前光，或两者结合。

       那么，对于给定器件如何选择像机呢？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Magellan数码像机为例，其区分一个焊球需要4个像素，我们用来看不同的 焊球间隙所要求的最大的像素应该是多大，这便于我们根 据不同的器件来选择相机，假设所有的影像是实际物体尺寸的75%。

 
表2

       倒装芯片基准点（Fiducial）的影像处理与普通基准 点相似。倒装芯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—1.0mm），像机的选择参照上面的方 法。对于光源的选择需要斟酌，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，其原因是基准点表面（铜）的颜色和基 板颜色非常接近，色差不明显。如果使用环球仪器的蓝色光源专利技术就很好的解决了此问题。

 
图10

        吸嘴的选择

       由于倒装芯片基材是硅，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器件，造成贴片偏移或带走器件。

       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，以便于器件各焊球蘸取的助焊剂的量一致。 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.可以满足多枚器件同时浸蘸助焊剂（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 助焊剂粘度范围较宽，对于较稀和较粘的助焊剂都 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、向上的加速度等。

  
图11

       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。倒装芯片的包装方式主要有这么几种：2×2或4×4英 JEDEC盘、200mm或300mm圆片盘（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），圆片供料器（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，对于圆片供料器还要求其能处理多种器件包装方式，譬如： 器件包装可以是JEDEC盘、或裸片，甚至完成芯片在机器内完成翻转动作。

      我们来举例说明几种供料器. Unovis的裸晶供料器（DDF Direct Die Feeder）特点：
    ·可用于混合电路或感应器、 多芯片模组、系统封装、RFID和3D装配
    ·圆片盘可以竖着进料、节省空间，一台机器可以安装多台DDF
    ·芯片可以在DDF内完成翻转
    ·可以安装在多种贴片平台上，如：环球仪器、西门子 、安必昂、富士

      对板支撑及定位系统的要求

      有些倒装芯片是应用在柔性电路板或薄型电路板上，这时候对基板的平整支撑非常关键。解决方案往往会用到 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。

  
图12

       回流焊接及填料固化后的检查