底部填充技术(underfill) 讲座

底部填充技术(underfill) 讲       座
               
         
电子产品的市场趋势

從 效 能 方 面 考 慮
        
- 多 功 能
- 操 作 簡 單
- 快 速
- 記 憶 容 量 大
- 可 靠

如 何 達 到 以 上 目 的
答 案
直 接 板 上 芯 片(DCA) 技 術
表 面 焊 接 技 術 的 將 來

QFP 及 SOP 的 結 構


              
電子線路板趨向更小型, 更便宜更       
    輕巧及更密集                                                                                
  I/O (輸入/輸出) 終端數目及速度增加       


I/O 終 端 位 置 及 排 列


電子線路板趨向更小型, 更便        宜更輕巧
  及更密集       
I/O (輸入/輸出) 終端數目及速度增加                               
KGD - 芯片測驗技術成功

微 形 電 子 - 芯 片 直 接 粘 接 (DCA)

表 面 焊 接 技 術 的 將 來

DCA 用 膠 點
板上芯片焊线芯片
- 芯片粘接
- 芯片包封
                       
倒裝芯片
- 底部填充
- 各向異性導電粘合
                     


提供与基材的连接,包括以下方面:
机械
导电 (如果需要)
散热

两种常见工艺
胶粘剂粘接
共熔      



1.不 須 包 封                                       
2.散 熱 性 能 較 好                               
3.導 電 性 較 好



三种焊接倒装芯片的工艺
进膠工艺
C4 工艺
SBB 工艺
不进膠工艺
ACF 工艺
熱压工艺
同时加热加压 -  最简单


倒 裝 芯 片 類 型

为什么需要底部填充
为什么需要底部填充
为什么需要底部填充
怎么进行底部填充
底部填充点胶,毛细现象演示录象

阻焊膜的位置
裸芯片的正确擺放
焊盘上有足夠焊劑
焊劑的粘性足夠暫時固定元件
回流焊溫度曲線正确
回流焊風箱內的氧氣量保持低濃度 - 利用氮氣包圍
焊劑的活躍性是否足夠清理焊墊,提高潤濕性

倒裝芯片焊接

裸芯片的接触電阻
FB250 ~ 2.2 - 3.0 ohm (平均)

利用X- 射線分析,觀察焊球位置是否正确

利用剪切力把裸芯片与底板分開, 焊球應留在底板上

流動更快
固化速度更快
裸芯片更薄
裸芯片面積更大
要求更高可靠性
可維修

底部填充膠量公差分析
底部填充体积计算
芯片底部体积 - 焊球体积
Asymtek 软件
底部填充膠量公差分析
较小的芯片需要较低的准确性
如果芯片大,而且焊缝太小 - 没有可用施膠设备

1.氣 壓  
2.塗 敷 速 度
3.針 嘴 直 徑 / 長 度
4.施 胶 模 式
- 細 小 芯 片 ( 6 毫 米 x 6 毫 米) ,
- 單 邊/單 角
- 較 大 芯 片 (12 毫 米 x 12 毫 米), L 形

單角施膠
适合較小片(小于 6 毫米)
比較快

單邊施膠
                                       
半 L 形施膠

全 L 形施膠


施膠速度
施膠模式
選用最佳程式
預熱板溫度



1.熱 板
2.箱 型 風 箱
3.垂 直 式 風 箱
4.運 輸 帶 式 風 箱

芯片剪切拉力測試
焊球應留在底板上
于底部填充前測試
X - 射線
檢驗焊球對位及缺漏
準确度不及 C-SAM (聲波掃描顯微鏡)
C-SAM (聲波掃描顯微鏡)
透射式
可尋看見分層,但不能确定位置及介面
脈沖式
可确定分層的位置及介面

外围排列芯片的典型 CSAM 影像
某底部填充劑 - 气泡扩展
芯 片 破 裂
芯 片 边 缘 破 裂
底部填充剂与底板分离后导致焊球断裂
底部填充剂与底板分离后导致焊球断裂 - 扫描式显微镜影像
JEDEC 测试条件
六个层次
Level One - 最困难  
168 hours at 85oC / 85%RH
Level Two
168 hours at 85oC / 60% RH
Level Three
192 hours at 30oC / 60% RH
用作厘定元件/封装开封后的寿命
JEDEC Level 3 测试后 - 焊桥及焊球移位
基板吸潮后对底部填充剂的影响演示录象
对于底部填充封装常见的可靠性测试
85/85  (T.H.B. - Temperature, Humidity, Bias test)
85oC / 85% Relative Humidity
JEDEC 1 = 168 hrs
高温高压测试
121oC / 15 psig / 100% RH / 96- 336 hrs
HAST ( 加速老化试验)
Adds Atmospheric Pressure to Humidity & Heat
96 hrs of HAST = 1000 hrs of 85/85
芯片剥离
Pin is bonded to top of die and pulled off
对于底部填充封装常见的可靠性测试
芯片剪切力
Must convert results from kg to kg/in2 or psi
Difficulty is accurately measuring exact area of adhesive
Small error in measurement varies results greatly
热冲击
Typically Liquid - Liquid
(-40)oC  to (+125)oC,  5 min each extreme, 1 min transfer
(-55)oC to (+150)oC, 5 min each extreme, 1 min transfer
温度循环
(-40)oC  to (+125)oC, 15 min each extreme, 30 min transition
(-55)oC to (+150)oC, 15 min each extreme, 30 min transition
测量玻璃转移温度 Tg 的方法
DSC (Differential Scanning Calorimetry)微分扫描量热学
TMA  (Thermo Mechanical Analysis)        熱力机械分析
可量度熱膨胀系数(CTE)
DMA   (Dynamic Mechanical Analysis)        动力机械分析
不同方法产生不同数据
松香的影响
免洗配方
沾湿
芯片剪切力
残余污染
TGA
残余污染对附着力的影响
线脚拉力
沾湿的影响
残余物
“低残余物 ” 不代表 “没有残余物”
熱冲击可靠性测试
-40oC- +125oC (液体 - 液体)
比较不同乐泰底部填充剂
两种松香
免洗
水溶性

單液高溫固化環氧樹脂
特 性 要 求:
流動性好
分散及減低焊錫接駁位的應力
減低芯片及基材 CTE 分別
達到循環溫度的要求
  
KGD 技術還不成熟
必需用底部填充
底部填充后, 維修有困難
牽涉裸芯片處理, 要求無塵生產條件
統一裸芯片的標準有困難



维修工艺过程

可維修形底部填充劑
倒裝芯片裝配
容許維修
                               
芯片尺寸包封裝配
提高可靠性
維持可維修性
可 靠 性
超 越 所 有 CSP & FCOB 的 要 求                                               
维 修 后,比 原 来 更 可 靠

CSP 四角填充回流焊接固化膠
(Corner Bond)

CSP(四角填充)回流焊接固化膠

无需复杂的设备,使缩短生产线成为可能。
底部填充剂施胶设备
底部填充剂固化设备
易于维修
特别适于四角无焊球的CSP
抗跌落可靠性同样较好
微电子行业用胶的特性讨论
一些基本化学概念;

胶水固化后的一些特性
几个基本化学概念
官能团:
- 有机化合物分子中比较活泼,易发生反应并反映着某类化合物共性的原子或基团。如醇类的-OH, 氯化烃的-X等;
- 环氧树脂官能团的特点:
相对较小的自由空间 -- 决定收缩率,CTE;
容易改性,性能稳定
凝胶与后固化:
- 凝胶:单体预聚合过程,粘度升高、排除湿汽;
- 后固化:硬化剂被激活,实现交联
胶水固化后的一些特性
硬度:
- 衡量材料表面抵抗机械压力的能力;
- 与材料的抗张强度、弹性模量有关;
应力,应变与弹性模量:
- 应力:单位面积上的附加内力;
拉伸应力,剪切应力,围压力;
- 应变:外力作用下,几何形状和尺寸的改变;
- 弹性模量 =
胶水固化后的一些特性
收缩与填料的关系:
胶水固化时会有收缩,通过加入无机填料可以降低收缩率,同时减低CTE,提高粘度;
但对于底部填充剂,高填料含量及大的粒子尺寸会降低其流动性能。

解压密码:a4e

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最新回复

  • 嘿嘿 (2006-3-09 08:13:41)

    又有好东西了
  • dasoguai (2006-3-10 11:49:11)

    底部填充技术(underfill) 讲座

    xiexie
  • anryli2001 (2006-3-15 14:51:36)

    xie xie ,pls
  • oceandream (2006-3-17 00:09:23)

    up, thanks
  • johnson (2006-3-27 15:16:44)

    如何才能打开《underfilljz.rar》文件
  • hgx3016 (2006-3-30 22:41:18)

    xie xie  he you yong
  • anndi (2006-3-30 22:57:53)

    QUOTE:

    原帖由 johnson 于 2006-3-27 15:16 发表
    如何才能打开《underfilljz.rar》文件
    用winrar解压缩后查看!
  • longhorn (2006-3-31 18:47:14)

    好资料,       谢谢你啊
  • tendylau (2006-4-07 22:06:05)

    楼主你太好了‘
    我喜欢啊
    谢谢了 撒
  • reaiziyoudeai (2006-4-13 03:53:04)

    xixie Thanks your teaching ,
  • polycw (2006-4-13 14:08:14)

    xieixie,感谢楼主的分享
  • xcs577 (2006-4-17 17:04:09)

    顶啊, heihei
  • lovebel (2006-4-19 11:01:18)

    那就让我看看吧,怎么还要字符限制啊
  • Lionliu (2006-4-21 09:46:02)

    thank you so much
  • Miss之王 (2006-4-21 13:02:02)

    太好了,希望LZ以后多多发铁
  • 李伟mm (2006-4-24 17:41:38)

    底部填充技术(underfill) 讲座

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    從 效 能 方 面 考 慮
            
    - 多 功 能
    - 操 作 簡 單
    - 快 速
    - 記 憶 容 量 大
    - 可 靠

    如 何 達 到 以 上 目 的
    答 案
    直 接 板 上 芯 片(DCA) 技 術
    表 面 焊 接 技 術 的 將 來

    QFP 及 SOP 的 結 構


                   
    電子線路板趨向更小型, 更便宜更        
        輕巧及更密集                                                                                 
      I/O (輸入/輸出) 終端數目及速度增加        


    I/O 終 端 位 置 及 排 列


    電子線路板趨向更小型, 更便        宜更輕巧
      及更密集        
    I/O (輸入/輸出) 終端數目及速度增加                                
    KGD - 芯片測驗技術成功

    微 形 電 子 - 芯 片 直 接 粘 接 (DCA)

    表 面 焊 接 技 術 的 將 來

    DCA 用 膠 點
    板上芯片焊线芯片
    - 芯片粘接
    - 芯片包封
                            
    倒裝芯片
    - 底部填充
    - 各向異性導電粘合
                         


    提供与基材的连接,包括以下方面:
    机械
    导电 (如果需要)
    散热

    两种常见工艺
    胶粘剂粘接
    共熔      



    1.不 須 包 封                                       
    2.散 熱 性 能 較 好                                
    3.導 電 性 較 好



    三种焊接倒装芯片的工艺
    进膠工艺
    C4 工艺
    SBB 工艺
    不进膠工艺
    ACF 工艺
    熱压工艺
    同时加热加压 -  最简单


    倒 裝 芯 片 類 型

    为什么需要底部填充
    为什么需要底部填充
    为什么需要底部填充
    怎么进行底部填充
    底部填充点胶,毛细现象演示录象

    阻焊膜的位置
    裸芯片的正确擺放
    焊盘上有足夠焊劑
    焊劑的粘性足夠暫時固定元件
    回流焊溫度曲線正确
    回流焊風箱內的氧氣量保持低濃度 - 利用氮氣包圍
    焊劑的活躍性是否足夠清理焊墊,提高潤濕性

    倒裝芯片焊接

    裸芯片的接触電阻
    FB250 ~ 2.2 - 3.0 ohm (平均)

    利用X- 射線分析,觀察焊球位置是否正确

    利用剪切力把裸芯片与底板分開, 焊球應留在底板上

    流動更快
    固化速度更快
    裸芯片更薄
    裸芯片面積更大
    要求更高可靠性
    可維修

    底部填充膠量公差分析
    底部填充体积计算
    芯片底部体积 - 焊球体积
    Asymtek 软件
    底部填充膠量公差分析
    较小的芯片需要较低的准确性
    如果芯片大,而且焊缝太小 - 没有可用施膠设备

    1.氣 壓  
    2.塗 敷 速 度
    3.針 嘴 直 徑 / 長 度
    4.施 胶 模 式
    - 細 小 芯 片 ( 6 毫 米 x 6 毫 米) ,
    - 單 邊/單 角
    - 較 大 芯 片 (12 毫 米 x 12 毫 米), L 形

    單角施膠
    适合較小片(小于 6 毫米)
    比較快

    單邊施膠
                                           
    半 L 形施膠

    全 L 形施膠


    施膠速度
    施膠模式
    選用最佳程式
    預熱板溫度



    1.熱 板
    2.箱 型 風 箱
    3.垂 直 式 風 箱
    4.運 輸 帶 式 風 箱

    芯片剪切拉力測試
    焊球應留在底板上
    于底部填充前測試
    X - 射線
    檢驗焊球對位及缺漏
    準确度不及 C-SAM (聲波掃描顯微鏡)
    C-SAM (聲波掃描顯微鏡)
    透射式
    可尋看見分層,但不能确定位置及介面
    脈沖式
    可确定分層的位置及介面

    外围排列芯片的典型 CSAM 影像
    某底部填充劑 - 气泡扩展
    芯 片 破 裂
    芯 片 边 缘 破 裂
    底部填充剂与底板分离后导致焊球断裂
    底部填充剂与底板分离后导致焊球断裂 - 扫描式显微镜影像
    JEDEC 测试条件
    六个层次
    Level One - 最困难  
    168 hours at 85oC / 85%RH
    Level Two
    168 hours at 85oC / 60% RH
    Level Three
    192 hours at 30oC / 60% RH
    用作厘定元件/封装开封后的寿命
    JEDEC Level 3 测试后 - 焊桥及焊球移位
    基板吸潮后对底部填充剂的影响演示录象
    对于底部填充封装常见的可靠性测试
    85/85  (T.H.B. - Temperature, Humidity, Bias test)
    85oC / 85% Relative Humidity
    JEDEC 1 = 168 hrs
    高温高压测试
    121oC / 15 psig / 100% RH / 96- 336 hrs
    HAST ( 加速老化试验)
    Adds Atmospheric Pressure to Humidity & Heat
    96 hrs of HAST = 1000 hrs of 85/85
    芯片剥离
    Pin is bonded to top of die and pulled off
    对于底部填充封装常见的可靠性测试
    芯片剪切力
    Must convert results from kg to kg/in2 or psi
    Difficulty is accurately measuring exact area of adhesive
    Small error in measurement varies results greatly
    热冲击
    Typically Liquid - Liquid
    (-40)oC  to (+125)oC,  5 min each extreme, 1 min transfer
    (-55)oC to (+150)oC, 5 min each extreme, 1 min transfer
    温度循环
    (-40)oC  to (+125)oC, 15 min each extreme, 30 min transition
    (-55)oC to (+150)oC, 15 min each extreme, 30 min transition
    测量玻璃转移温度 Tg 的方法
    DSC (Differential Scanning Calorimetry)微分扫描量热学
    TMA  (Thermo Mechanical Analysis)        熱力机械分析
    可量度熱膨胀系数(CTE)
    DMA   (Dynamic Mechanical Analysis)        动力机械分析
    不同方法产生不同数据
    松香的影响
    免洗配方
    沾湿
    芯片剪切力
    残余污染
    TGA
    残余污染对附着力的影响
    线脚拉力
    沾湿的影响
    残余物
    “低残余物 ” 不代表 “没有残余物”
    熱冲击可靠性测试
    -40oC- +125oC (液体 - 液体)
    比较不同乐泰底部填充剂
    两种松香
    免洗
    水溶性

    單液高溫固化環氧樹脂
    特 性 要 求:
    流動性好
    分散及減低焊錫接駁位的應力
    減低芯片及基材 CTE 分別
    達到循環溫度的要求
      
    KGD 技術還不成熟
    必需用底部填充
    底部填充后, 維修有困難
    牽涉裸芯片處理, 要求無塵生產條件
    統一裸芯片的標準有困難



    维修工艺过程

    可維修形底部填充劑
    倒裝芯片裝配
    容許維修
                                    
    芯片尺寸包封裝配
    提高可靠性
    維持可維修性
    可 靠 性
    超 越 所 有 CSP & FCOB 的 要 求                                                
    维 修 后,比 原 来 更 可 靠

    CSP 四角填充回流焊接固化膠
    (Corner Bond)

    CSP(四角填充)回流焊接固化膠

    无需复杂的设备,使缩短生产线成为可能。
    底部填充剂施胶设备
    底部填充剂固化设备
    易于维修
    特别适于四角无焊球的CSP
    抗跌落可靠性同样较好
    微电子行业用胶的特性讨论
    一些基本化学概念;

    胶水固化后的一些特性
    几个基本化学概念
    官能团:
    - 有机化合物分子中比较活泼,易发生反应并反映着某类化合物共性的原子或基团。如醇类的-OH, 氯化烃的-X等;
    - 环氧树脂官能团的特点:
    相对较小的自由空间 -- 决定收缩率,CTE;
    容易改性,性能稳定
    凝胶与后固化:
    - 凝胶:单体预聚合过程,粘度升高、排除湿汽;
    - 后固化:硬化剂被激活,实现交联
    胶水固化后的一些特性
    硬度:
    - 衡量材料表面抵抗机械压力的能力;
    - 与材料的抗张强度、弹性模量有关;
    应力,应变与弹性模量:
    - 应力:单位面积上的附加内力;
    拉伸应力,剪切应力,围压力;
    - 应变:外力作用下,几何形状和尺寸的改变;
    - 弹性模量 =
    胶水固化后的一些特性
    收缩与填料的关系:
    胶水固化时会有收缩,通过加入无机填料可以降低收缩率,同时减低CTE,提高粘度;
    但对于底部填充剂,高填料含量及大的粒子尺寸会降低其流动性能。

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  • anndi (2006-4-24 17:53:43)

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    原帖由 李伟mm 于 2006-4-24 17:41 发表
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    從 效 能 方 面  ...
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  • lubin (2006-4-25 18:29:36)

    KANKAN ,究竟是什么东西
  • ADICAI (2006-4-30 21:52:49)

    谢谢你啦 楼主  好东西啊
  • 方老大 (2006-5-11 08:37:51)

    kan yi xia