倒装芯片的底部填充工艺

随着新型基底材料的出现，倒装芯片技术面临着新的挑战，工程师们必须解决裸片和基底间热胀系数的不同引起的问题，以避免在热循环中接头边缘的破裂。
    在各种先进的芯片粘接封装技术中，倒装芯片技术较适用于传呼机等小型电子产品、随着裸片尺寸的增加，以及在倒装芯片贴装中采用非陶瓷新型材料作为基底，沿用了20年的传统技术面临着新的挑战。其中最主要的问题是裸　片与基底间热膨胀系数（TCE）的不同。
在先进的倒装芯片产品中，多数底部填充材料都具有最佳流动性、最小热膨胀系数。目前的固化时间约30分钟。通常的底训填充材料粘度较低，以便于流入裸片的下方。因此贮存温度最好恒定在30℃。
    当机器内部温度高于30℃时，应将阀体、容器及注射器进行冷却。底部填充材料的流动与成型不仅受其自身温度的影响，同时还受着基底材料与裸片的温度影响。
    将底部填充材料涂敷于基底上时，基底表面和裸片的温度应为70℃-90℃,这样会从裸片下方和基底表面产生向上的气流。这种表面的撩拨可减少在裸片底部产生填充气泡，避免涂料在长期使用中失效，同时可确保填充材料在裸片下方的适量填充。温度的不同或不均会导致非线性填充，从而使空气内陷形成气泡。
    因此必须采用闭环系统对基底温度进行控制，对于非接触式系统，温控精度应至少在±2℃；而对于在基底下采用加热真空夹盘的接触式系统则应高于±2℃。在进入涂敷区前，基底应再加热以达到所要求的温度，因此还必须增加一个预热阶段。在涂敷阶段，另外一个加热装置用于保持基板与裸片的温度。在第三阶段（这是一个根据具体情况而选择的阶段），可用于在进入固化炉前协助填充材料正确流动或略微的凝固。
    接触式与非接触式加热系统的选择十分简单，只需通过选择灵活的加工方式或专用的加工方式即可。对于薄膜基底，只能选择接触式加热装置，该装置采用真空加热夹盘，在预热、保持和回流三个阶段在对薄膜基底进行加热。而在采用AUER拖板或其它专用传输工具以及引线框的场合，接触式加热系统是最好的方法。接触式加热温度分布比较均匀。
    例如：倒装芯片可能有多种尺寸，从3mm2至12mm2甚至20mm2。如果采用专用工具，用一套工具即可对各种元件进行处理。接触加热的唯一个缺点是生产灵活性差，但由于其升温速度快、温度均匀，因此用10分钟来变换生产工具也就微不足道了。
    在用标准的FR4 PCB作为基底时，例如用于承包式封装的倒装芯片底部填充，在这种封装中板子尺寸会变化很大。此时，使用非接触式加热较好。
    尽管此时温度上升速度与温度均匀性不可兼顾，然而，基底尺寸可随要求变化而不会导致生产的停止，这一点对转包商来说又是明显的优点。随着倒装芯片技术在主流电子工业中应用越来越广泛，制造商应该能提供灵活的非接触式加热系统。

旋转阀技术
    旋转正向位移阀可进行精确度高、重复性好的底部填充。例如。 Speedline　CAMALOT公司的680系列阀可进行低粘度底部填充材料的涂敷，同时其正向材料关闭阀可封闭针头，
防止拖滴。
    该阀带有由软件驱动的闭环电机控制器，即使填充材料的比重不稳定也可监视并自动控制涂敷量。这一体积测量系统(VMS)可选配在Speedline　CAMALOT倒装芯片底部填充或封装涂敷系统上。
    另外一项技术能使阀准确定位于裸片上方(定位水平轴x-y)并测量出高度(z轴)以确保阀体定位准确。
    预备步骤是为了使针头尽量接近裸片边缘，防止对裸片周边造成污染。同时还需让针头正好略低于棵片的下表面，以确保涂敷足够的粘合剂。只要针头足够接近裸片的边缘且高度合适，沿裸片边缘所涂敷的粘合剂便会快速均匀地流入底面(图1）。

工艺控制
    工艺性能，或者是CpK,已在多数用户工艺要求中成为一个重要特性，制造商也努力控制废料以提高产能和利润。尽管底部填充是一种可控工艺流程，但是用传统的泵涂技术还达不到其精度。
    不过，随着新方式的出现，Speedline CAMALOT的正向位移活塞泵涂敷系统已经能够满足甚至超过这种重复性要求，使得器件制造商对倒装芯片底部填充工艺能够进行严格的控制。
    CAMALOT的这一新技术是采用一个加热的多活塞泵产生出优于±1％的重复精度而不需要再填充。自动重量校正系统可以设置预定重量，并进行精度高、重复性好的底部填充，如图2所示。
    表面张力和加热温度是底部填充产生毛细现象的二个主要因素。底部。填充工艺的工作原理是在表面张力的协助下，用低于30℃的常规底部填充材料置换裸片下方的热介质。由于热力及表面张力的驱动，低部填充材料在被称为“毛细现象”的作用下“爬入”裸片下的空间。
    对于较大的裸片，可能需要多条填充路径，不同情况下，采用不同的涂敷模式。针头沿边缘移动的方式与顺序均会影响气泡的产生。
    对小于3mm2的裸片，一条填充路径即可。而对大于3mm2、小于6mm2，的芯片，可进行双面涂敷并采用“L”形路径。“L”形路径可用图3中两种不同的方法得到。另一个屡经争议的问题是：是否需要沿裸片的另外三侧进行涂敷?目前为止，人们还认为另外三侧的涂敷只起纯粹的装饰作用，是对材料与时间的浪费。
    但是，最近的研究表明，如果不进行这三侧的徐敷，原涂敷面会形成大量的堆积，固化时裸片会受到不均匀应力的作用，在一定情况下会将裸片掀起甚至破坏连接如图4所示。
    倒装芯片中实现成功的底部填充的关键因素包括基底和材料温度的精确控制、涂敷阀和涂敷平台的可重复性、体积控制、涂敷模式。随着器件尺寸的小型化和产量的增加，这些因素的精确控制将变得更为重要，并且更符合客户要求。