高密度封裝指在一條基板上會有 2000 到 3000 顆獨(dú)立的芯片。這種封裝在 die bond 過程中通常會面臨點(diǎn)膠/畫膠的穩(wěn)定性、RBO(樹脂溢出)、open time(點(diǎn)膠到裝芯片的停留時(shí)間)以及銀膏覆蓋率的挑戰(zhàn)。賀利氏研發(fā)團(tuán)隊(duì)通過修改配方和工藝流程等方案克服了這些挑戰(zhàn)。本文將從這些方面佐證改善版的 DA295A 的有效性。
畫膠作業(yè)的穩(wěn)定性:
參數(shù)設(shè)置:
●畫膠圖案:Double Y
●畫膠速度:70% (ESEC 2100)
●畫膠壓力:0.85 bar
產(chǎn)品結(jié)構(gòu):高密度基板,一條基板有3200多顆GaAs芯片需要貼裝。
測試方法:使用相同的參數(shù)連續(xù)畫膠
判斷標(biāo)準(zhǔn):基于ESEC2100對膠形的檢測,客戶設(shè)定的規(guī)格膠型變化<25%
圖1連續(xù)作業(yè)的畫膠表現(xiàn)
圖2 連續(xù)作業(yè)的畫膠表現(xiàn)
一條基板3200多顆需要35分鐘左右完成,連續(xù)兩條基板需要70分鐘左右完成畫膠。
結(jié)論:如圖1和圖2 所示,改善版的DA295A能夠保持非常穩(wěn)定的畫膠表現(xiàn),平均波動(dòng)在4%左右,遠(yuǎn)小于客戶的要求25%。
樹脂溢出問題
RBO(樹脂溢出,Resin Bleeding Out)在烘烤過程中無法去除,也無法在wire bonding前的等離子清洗中完全清除,因此對打線和封裝會產(chǎn)生一定影響。賀利氏的ASP/DA295系列產(chǎn)品均采用無樹脂添加的溶劑配方體系,即全燒結(jié)配方體系(燒結(jié)完成后無殘留樹脂成分)。溶劑配方體系通常使用沸點(diǎn)較低的溶劑,在烘烤過程中達(dá)到沸點(diǎn)后溶劑將會揮發(fā)掉。在實(shí)際實(shí)驗(yàn)中,不同的基板DPAD表面處理會導(dǎo)致不同程度的溶劑溢出,如下圖所示。圖3-1展示了較少的溶劑溢出,而圖3-2則顯示了接近100%的溶劑溢出。
圖3-1 溶劑溢出
圖3-2 溶劑溢出
溶劑溢出(Solvents bleeding out)在烘烤前后和等離子清洗后我們做了對比測試,如表1所示:
備注:顯微鏡的燈光影響了照片的顏色
表1溶劑溢出和揮發(fā)測試
結(jié)論:溶劑溢出在烘烤可以揮發(fā)掉,等離子清洗也可以提供雙重的保障。
Open Time(time interval between dispensing and die attach)
在高密度封裝中,畫膠后到芯片貼裝時(shí)燒結(jié)銀膏能夠維持多長時(shí)間而不發(fā)干的指標(biāo)非常重要。一旦燒結(jié)銀膏發(fā)干,將會影響芯片的貼裝質(zhì)量、貼裝后的銀膏覆蓋率,以及烘烤后的燒結(jié)強(qiáng)度,甚至可能導(dǎo)致在打線時(shí)出現(xiàn)芯片碎裂情況。
Open time測試:
選用常見的芯片尺寸(mm):0.74*0.70
測試條件,使用相同的畫膠參數(shù)以獲得一致的膠量,在同一時(shí)間畫膠,根據(jù)不同的時(shí)間間隔使用相同的參數(shù)進(jìn)行貼裝芯片。
判斷標(biāo)準(zhǔn):在BLT(Bond Line Thickness)在20~30um內(nèi),銀膏覆蓋率達(dá)到100%。
圖4 open time測試結(jié)果
結(jié)論:如圖4所示,改善版DA295A在芯片0.74*0.7的條件下可以到達(dá)60分鐘的open time;在90分鐘時(shí)通過調(diào)整裝片的距離也是可以達(dá)到100%的銀膏覆蓋。
燒結(jié)銀膏的覆蓋率
高密度封裝意味著在當(dāng)前標(biāo)準(zhǔn)的基板尺寸內(nèi)排列更多的個(gè)體單元,即減小焊盤尺寸壓縮芯片的貼裝面積。在高密度封裝中,芯片邊緣到焊盤的距離變得更小,例如有些產(chǎn)品設(shè)計(jì)了80~100um的距離,如圖5所示。
圖5 高密度的設(shè)計(jì)示意圖
這種高密度的設(shè)計(jì)對封裝工藝帶來挑戰(zhàn),需要精確地控制燒結(jié)銀膏的體積,并同時(shí)實(shí)現(xiàn)100%的銀膏覆蓋率。相比常規(guī)產(chǎn)品,畫膠圖案的尺寸要小于芯片的尺寸。因此,對燒結(jié)銀膏的要求也更高,除了要具有穩(wěn)定的作業(yè)性,還要求貼裝芯片之后達(dá)到100%的覆蓋率。
燒結(jié)銀膏覆蓋率:
測試方法:通過控制畫膠圖案的尺寸和裝片的高度,在裝片時(shí)控制銀膏的溢出。
檢測方法:在顯微鏡下檢查芯片底部銀膏覆蓋。
判斷標(biāo)準(zhǔn):銀膏覆蓋率達(dá)到100%,且沒有超出焊盤。
在芯片貼裝后將基板取出,在顯微鏡下檢查發(fā)現(xiàn)芯片的四周都有均勻的銀膏覆蓋,完全滿足100%覆蓋率的要求,如圖6-1所示。
圖6-1顯微鏡下檢測結(jié)果
經(jīng)過充分的驗(yàn)證,改善版的DA295A在貼裝芯片后能夠達(dá)到100%的覆蓋率。針對一些高密度的緊湊設(shè)計(jì)DA295A是有效的解決方案。
可靠性測試
改善版的DA295A已通過多家客戶的作業(yè)性測試,并完成整個(gè)封裝流程。經(jīng)過可靠性測試,具體數(shù)據(jù)見表2,SAT掃描未發(fā)現(xiàn)分層現(xiàn)象,電性能測試也通過。
表2可靠性測試結(jié)果
總結(jié)
1.改善版的DA295A具有穩(wěn)定的作業(yè)性。
2.溶劑體系的配方在烘烤后溢出的溶劑能夠揮發(fā)掉,不會對打線鍵合產(chǎn)生影響。
3.較長的open time能夠滿足高密度封裝的需求,避免分段式作業(yè)。
4.能夠解決緊湊型設(shè)計(jì)的銀膏覆蓋率問題。
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