倒装晶片的组装基板的设计及制造

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1所示。较普遍的使用玻纤加强的 FR－4环氧树脂材料，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股为聚酰亚胺，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1所示。

（1）阻焊膜

阻焊膜一股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TaiyoPSR 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。

表1 基极材料选择表

图1 回流焊接过程中产生气泡

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 slgma，比较好的可以控制在±2 mil，而对于软板其精度会差些，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所示，会影响到贴装的精度。

　图2 阻焊膜偏移导致贴片干涉及误差

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3所示。

　图3 阻焊膜窗口与各偏差之间的关系

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4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。

图4 阻焊膜“阴影效应”示意图

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。

（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，让最小的焊球亦能 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。倒装晶片焊盘设计的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5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6所示。

图5 焊盘设计（1） 图6 焊盘设计（2）

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7所示。

焊盘的制造精度一股为±2mil＠3 slgma，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8和图9所示。

图8 铜箔腐蚀缺陷图9 焊盘度与阻焊膜膜窗口宽设计

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