倒裝芯片的傳統(tǒng)裝配方法是在芯片貼裝前把液態(tài)的焊劑涂在襯底上，或者把凸塊浸在焊膏的液態(tài)薄膜中。然后對(duì)裝配件進(jìn)行回流，并且把適當(dāng)?shù)拿芊鈩┨畛涞焦杵旅?。但是，?dāng)毛細(xì)作用力在圓片和襯底之間產(chǎn)生拖曳力時(shí)，免清洗溶劑殘?jiān)鼤?huì)損壞密封劑的濕度和流動(dòng)性，對(duì)封裝可靠性造成負(fù)面影響。而密封劑同樣需要后固化，這樣會(huì)就會(huì)使產(chǎn)量下降。

　在貼裝圓片前，預(yù)淀積一種不流動(dòng)的化合溶劑和填充劑不僅可以消除免清洗焊劑中的殘?jiān)鶐淼目煽啃詥栴}，同時(shí)還可以通過減少或消除密封劑的后固化時(shí)間而提高產(chǎn)量。盡管在熱循環(huán)測(cè)試中它們的性能還是低于傳統(tǒng)的有毛細(xì)管的流動(dòng)底部填料，但是由于典型的不流動(dòng)底部填充劑和錫連接之間的熱膨脹系數(shù)有更高的不匹配性，銷售商正在做快速改進(jìn)。當(dāng)前提供的產(chǎn)品已經(jīng)比2001年廣泛使用的傳統(tǒng)底部填充劑的性能好很多了。

　然而，為了得到可靠的不流動(dòng)底部填充劑工藝，必須先解決幾個(gè)問題——底部填充劑的配置，芯片的貼裝以及裝配回流：

　• 涂布填充劑時(shí)必須充分覆蓋電連接區(qū)域，不要在底部填充劑中形成過多的氣泡?！?/FONT>

　• 芯片貼裝的力度必須足夠大，這樣才能把底部填充劑擠出來，形成錫球與基板的連接。

　• 必須優(yōu)化回流方案，在開始固化底部填料前就回流錫球，同時(shí)不要把底部填料暴露在過高的溫度下。

　環(huán)球儀器公司的SMT實(shí)驗(yàn)室用從許多家銷售商那里得到的不流動(dòng)底部填充劑來建立一系列倒裝芯片裝配方法，從中檢測(cè)流程問題并且提出的參數(shù)。裝配是交叉分段的，用X射線顯微鏡分析了焊錫和突起問題，用聲學(xué)掃描顯微鏡分析了芯片以及襯底中的氣泡和分層問題。　

　•涂料 　涂料時(shí)必須形成獨(dú)立的焊料團(tuán)，使其具有恰當(dāng)?shù)捏w積以及形狀而使得所有的凸塊能夠在回流時(shí)能被熔化，在這之后形成合適的焊條。氣泡要盡可能的少，并且體積要盡量的小。當(dāng)設(shè)計(jì)涂料流程時(shí)，首先應(yīng)該注意根據(jù)密封劑的黏度來優(yōu)化設(shè)置，這包括涂料噴管口和板子之間的距離。如果噴管不夠干凈會(huì)阻止材料從噴管出來，使板子上涂到的密封劑比預(yù)期體積小，這個(gè)問題對(duì)于高黏度的焊料將更為突出。另一個(gè)由黏度帶來的問題就是當(dāng)噴針收回時(shí)粘稠的液體可能形成尾巴，所以在尾部斷掉前移去針會(huì)在板子的其他地方涂上一串密封劑。為了避免這種情況，對(duì)于黏性材料，收針的距離應(yīng)該長(zhǎng)一些而且回收速度必須慢一些，不過這將增加涂料時(shí)間?！?/FONT>

　簡(jiǎn)單的涂布方法就是在中心處滴一滴。因?yàn)橥苛项^不移動(dòng)，所以采用更高的流速可以提高涂料的速度，并且可以使針尖和基板之間保持相對(duì)大的距離。針尖只需要在這流程收回即可。但是這種方法易使裝配件中產(chǎn)生氣泡，并且不能用于大圓片，因?yàn)楹噶蠠o(wú)法到達(dá)邊緣處的凸塊?！?/FONT>

　當(dāng)然可以設(shè)計(jì)其他方法，例如“區(qū)域填充”法。這種方式可能會(huì)需要涂料頭走過一條較長(zhǎng)的路徑，但是會(huì)得到更好的涂布效果。涂料頭同樣只需要在抬起來即可。用其他方法——如交叉法，“X”形法，或者星狀涂布法，總路徑可以更短，但是當(dāng)使用在噴嘴收回時(shí)易于形成尾巴的焊料時(shí)，所能節(jié)省時(shí)間就要打一個(gè)折扣了，因?yàn)樗鼈兊氖蔗標(biāo)俣缺仨氉儨p慢?！?/FONT>

　但是區(qū)域填充法不能用于大圓片，因?yàn)椴牧先菀淄康奶〔⑶沂湛s成更加緊密的形態(tài)。薄膜甚至可能破碎成小片，結(jié)果造成更大的氣泡。

　其他的方法同樣可能形成大的氣泡。圖1就顯示了一個(gè)500 mil（14毫米）suqare的硅片中的氣泡。這種涂布方式結(jié)合了小區(qū)域填充法和交叉法，使X的臂部一直延伸到圓片的邊沿處。這種方法產(chǎn)生了幾種沒有氣泡的組裝件，但某些情況下薄膜會(huì)破裂而形成很大的氣泡。另一方面，當(dāng)一團(tuán)單獨(dú)焊料被涂布到靠近中心的位置時(shí)，即使用量再多，也無(wú)法達(dá)到到邊緣處的凸塊，因此也就不能很好的焊接。

　•貼裝 　

　當(dāng)硅片被貼裝到基板上時(shí)，和其中心區(qū)域附近下方的密封劑連接。隨著硅片向下移動(dòng)，下面的焊劑液體將被擠出去。隨著焊劑的移動(dòng)，當(dāng)焊劑填充焊錫掩?？障稌r(shí)將渡過或穿過焊錫凸塊，印制線路板（PCB）印記以及其他一些表面物體。這一過程或多或少將沿著順流的方向產(chǎn)生一些氣泡，特別是在凸塊背向焊劑流動(dòng)的方向。　

　圖2 顯示了凸塊附近的氣泡；這是一張硅片放在光滑玻璃平面上的俯視圖。這些顆粒狀的表面圖像是由密封裝劑中的固體顆粒引起的，它們要在更高的溫度下才能熔解。位于中心凸塊附近的氣泡（呈三角形分布）和凸塊本身的尺寸相當(dāng)；其大小可以用周圍凸塊的線長(zhǎng)來估算，大約等于10mil（0.254mm）。周圍的凸塊邊緣有類似相互分離的氣泡，我們能看到它們從圓角中上升（圖片上比較模糊）；還可以看到左邊較低邊沿的一個(gè)邊角凸塊處的氣泡一半在圓片上而另一半在外面。大多數(shù)分離氣泡的后面都有一個(gè)更小的氣泡，靠近各自的凸塊。這種情況是每一個(gè)裝貼件中的典型現(xiàn)象，無(wú)法避免。不過，器件制造商們也許能通過減小硅片面積和基板表面圖形的不規(guī)則性來抑制這些氣泡。

　密封劑的黏度是決定圓片固定時(shí)間的主要因素。拍攝的焊料打濕圓片一側(cè)的過程表明焊料停止明顯移動(dòng)需要的時(shí)間大約在0.1秒~大于1秒之間變化，視不同的密封劑而定?！?/FONT>

　硅片不但要在貼裝頭撤回以前固定一定時(shí)間，而且在固定期間必須用一定力度將其往下壓，把密封劑擠出來，使密封劑充滿硅片下所有的空間。特別的，當(dāng)遇到個(gè)別暴露的底墊時(shí)，密封劑必須流經(jīng)每個(gè)凸塊和底墊形成的側(cè)墻之間的狹窄空間，只給凸塊留下空間。并且，即使暴露底墊已被流經(jīng)溝槽的密封劑所取代（這些溝槽使密封劑能更自由的移動(dòng)），還是必須施加適當(dāng)?shù)馁N裝力。

　壓力的另一個(gè)作用就是把襯底上的凸塊壓到基板上并且部分的鑄造它們。這可以使很多凸塊能在回流前盡量靠緊它們的底墊，同時(shí)有助于在使用不流動(dòng)密封劑時(shí)避免電學(xué)開路。當(dāng)回流一個(gè)傳統(tǒng)焊接器件時(shí)，由于沒有底部填充劑阻止硅片斷裂，表面張力會(huì)將硅片向下拉，從而釋放足夠的力使初幾個(gè)凸塊熔化并且打濕底墊。終這使所有的凸塊和襯墊連接起來從而確保了這一部分的電連接?！?/FONT>

　與之相反，密封劑的回流阻擋了硅片的下移。如果密封劑已經(jīng)開始聚合，這種阻擋效果更加強(qiáng)烈，因?yàn)榫酆献饔脤?huì)使材料稍微變厚一些。因此，施加足夠的貼裝力使盡量多的凸塊靠近相應(yīng)的襯墊以克服密封劑的阻擋作用很重要。　

　密封劑還可以阻擋芯片橫向運(yùn)動(dòng)，即使是程度小一些，也會(huì)減小器件在回流過程中的自適應(yīng)效應(yīng)。這意味著使用回流密封劑時(shí)貼裝也非常重要?！?/FONT>

　為確保電連續(xù)性所需的力隨著密封劑的黏度而變化，更高黏度的液體就需要更強(qiáng)的力。例如，使用黏的焊料裝貼一個(gè)有88個(gè)凸塊的硅時(shí)，800g的裝貼力能產(chǎn)生穩(wěn)定的優(yōu)良效果。但當(dāng)裝配兩個(gè)開路芯片時(shí)，貼裝力就減到了500g。另一方面，過大的貼裝力不僅有損壞硅片的危險(xiǎn)還會(huì)引起基板彎曲，力釋放后基板又將彈回。這樣鑄造到表面的一定數(shù)目的凸塊可能已不再存在，同時(shí)還有可能甚至引起硅片與基板間的相對(duì)移動(dòng)。 　

　• 回流 　　因?yàn)閹讉€(gè)工藝同時(shí)進(jìn)行，回流被認(rèn)為是回流密封劑優(yōu)化中復(fù)雜的流程。并且焊料和基板各自的要求有些沖突。例如，回流時(shí)焊料必須保持為液態(tài)，才能避免結(jié)核并且不會(huì)使硅片斷裂。然而板子從回流爐中出來時(shí)必須進(jìn)行固化，即使不能完全也要充分的加以修復(fù)。有一些焊料對(duì)回流條件的變化相當(dāng)敏感，如果溫度很快變得很高將會(huì)導(dǎo)致開路，如果加熱速率太高問題會(huì)更嚴(yán)重。　

　幾種被測(cè)試的密封劑或多或少需要運(yùn)用傳統(tǒng)的SMT法（圖 3，曲線標(biāo)注為“標(biāo)準(zhǔn)的”）。如果其它表面貼裝器件同時(shí)被貼裝，這樣做有很大好處。另外，由于這些焊料開始聚合很慢，被認(rèn)為對(duì)回流條件的變化不敏感。不過，所有這些材料都需要在回流后進(jìn)行后固化，一般需要30到40分鐘，有時(shí)時(shí)間更長(zhǎng)。

　介于兩種極端情況之間的整個(gè)范圍被稱為“中間態(tài)”（這個(gè)范圍在了圖3中作了描述）。它們浸泡階段很短的或者完全沒有（有時(shí)候浸泡是在比通常情況更低的溫度下進(jìn)行的），在回流爐中沒有后固化階段。它們中的有些焊料需要進(jìn)行不同時(shí)間的后固化，而另一些則在回流中設(shè)計(jì)了足夠的后固化時(shí)間。

　剩下的兩組焊料開始固化得更快，因此對(duì)回流輪廓的變化更加敏感。圖4顯示了材料很早就開始凝聚的一種情況，從而阻止了這一凸塊打濕它的襯墊。但是從凸塊的形狀可以清楚的知道，其它的焊塊已經(jīng)斷裂了，并且熔化的錫被壓進(jìn)了底墊試圖形成連接。我們還可以看到一層焊料膜把凸塊從底墊上分割開來了。有時(shí)候，焊料形成的連接形狀不規(guī)則（如圖5），表明密封劑在錫還是液態(tài)時(shí)就已經(jīng)開始凝聚了?！?/FONT>

　沒有后固化的焊料的一個(gè)問題是，工藝條件對(duì)固化程度的影響。既然在斷裂前和裝配冷卻（甚至在出爐之前）之間短暫的間隔內(nèi)，必須對(duì)焊料進(jìn)行完全的固化，冷卻速率的微小變化都可能會(huì)大大影響固化程度。這一效應(yīng)在裝配件完成回流時(shí)將變得難以辨識(shí)，但在這之后會(huì)影響可靠性——沒有充分固化的材料會(huì)降低質(zhì)量。使用相似的回流條件而需要后固化的密封劑受冷卻速率的影響會(huì)小得多。

　這個(gè)行為顯示了傳統(tǒng)回流的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)。高溫下相對(duì)長(zhǎng)時(shí)間的浸泡為氣泡的溶解提供了理想的條件。需要強(qiáng)調(diào)的是要確保板子足夠干燥。否則，即使在前面的回流循環(huán)過程中所有匯集的的氣泡都已經(jīng)溶解掉了，還是會(huì)形成新的氣泡?！?/FONT>

　•結(jié)論 　　

使用適當(dāng)?shù)陌遄?，?yōu)化的涂布過程，貼裝過程以及回流條件，用沒有過多氣泡的回流密封劑有可能實(shí)現(xiàn)100％的電連接。這將會(huì)降低任何一種底部填充劑的效力。某些焊料只能忍受很窄的工藝范圍，而另一些卻不那么敏感?！?/FONT>

　隨著我們對(duì)裝配參數(shù)的了解，在其限度內(nèi)繼續(xù)改進(jìn)材料技術(shù)，特別是熱系數(shù)匹配材料、回流密封劑，在很多情況下可以取代傳統(tǒng)的有毛細(xì)管的底部填充劑，簡(jiǎn)化裝配流程并且節(jié)省成本。