倒装晶片底部填充后的检查

2018-9-6 16:40:06

1321 晶片助焊剂焊点

　　对完成底部填充以后产品的检查有非破坏性检查和破坏性检查，非破坏性的检查有：
　　·利用光学显微镜进行外观检查，譬如，检查填料在元件侧面爬升的情况，是否形成良好的边缘圆角，元件表面是否有脏污等；
　　·利用X射线检查仪检查焊点是否短路、开路、偏移，以及润湿情况，焊点内是否出空洞等；
　　·电气测试（导通测试），可以测试电气联结是否有问题，对于一些采用菊花链设计的测试板，通过通短测试还可以确定焊点失效的位置；
　　·利用超声波扫描显微镜（C－SAM）检查底部填充后其中是否有空洞，分层和流动是否完整。
　　破坏性的检查可以对焊点或底部填料进行切片，结合光学显微镜、金相显微镜或电子扫描显微镜和能谱分析仪（ SEM/EDX），检查焊点的微观结构，譬如，微裂纹/微孔、锡结晶、金属间化合物（IMC）、焊接及润湿情况，底部填充是否有空洞和裂纹，分层和流动是否完整等。
　　完成回流焊接及底部填充工艺后的产品常见缺陷有：焊点桥连/开路、焊点润湿不良、焊点空洞/气泡、焊点开裂/脆裂、底部填料和晶片分层，以及晶片破裂等。对于底部填充是否完整和填料内是否出现空洞，以及裂纹和分层现象，需要超声波扫描显微镜（C－SAM）或通过与晶片底面平行的切片（Hat Section）结合显微镜才能观察到，这给检查此类缺陷增加了难度。
　　底部填充材料和晶片之间的分层往往发生在应力最大的元件的4个角落处或填料与焊点的界面，如图1、图 2、图3和图4所示。

图1 平行元件底面切片检查到底部填料开裂

图2 利用超声波扫描显微镜观察到填料与晶片分层

图3 平行元件底面切片检查到底部填料空洞

图4 应力在晶片与密封材料界面的分布→在边角处显著集中

　　由于倒装晶片的焊点很小，0.1 mm的焊球焊接完成后约为0.075 mm，往往其中一旦有空洞都会是比较大的空洞，这会影响到焊点的机械连接强度、晶片的散热以及产品的电气性能，所以应尽量避免焊点中大的空洞。对于空洞的允收标准可以遵循IPC相关标准，但是值得注意的是，需要观察空洞在焊点中分布的位置，有时会发现有连串的小空洞排列在焊接面与焊点本体的界面，或有些临近焊点中应力最大的位置如焊点的角落处，这些空洞不一定超出IPC的规定，但由于其所处位置很容易导致裂纹迅速生长，导致焊点过早失效，所以也应该将其列为不良之列。
　　焊点内空洞形成的原因有多种，归纳起来有以下几种：
　　·助焊剂在回流过程中受高温分解进入焊点：
　　·由于一部分助焊剂在回流焊接过程中挥发，进入焊点从而形成气泡；
　　·在锡膏系统中，溶剂和添加剂在焊接过程中蒸发而形成气泡；
　　·由于助焊剂与金属焊盘、焊球及锡粉颗粒表面氧化层发生化学反应而使气体进入焊点；
　　·PCB中的水汽蒸发参与了焊接过程当中；
　　·焊接过程中液态焊料周围中的空气进入到了焊点中：
　　·金属焊盘受到有机物污染（如指印等），在焊接过程中分解进入焊点。
　　了解造成各种缺陷的根本原因，有利于我们采取得当的措施来解决及预防各种可能出现的缺陷。表1列出的是在倒装晶片组装工艺中常见的缺陷及原因分析，并针对各缺陷提出了改善措施，以方便工程威廉希尔官方网站人员在工艺过程中快速有效地找出问题的根本原因，帮助采取正确的解决或预防方法。

表1 常见缺陷及原因分析