繼上兩篇我們講了回流焊工藝遇到的挑戰(zhàn)及新的TCB工藝及其設(shè)備細(xì)節(jié)。
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本文將繼續(xù)討論TCB工藝量產(chǎn)過(guò)程中質(zhì)量控制要素及優(yōu)化手段。
圖10為T(mén)CB封裝的產(chǎn)品凸點(diǎn)熱壓鍵合的剖面圖，芯片-基板間距控制良好，焊接過(guò)程不超過(guò)4秒。
圖10? TCB焊接剖面圖
基板和芯片將賦予不同的加熱溫度，以減少兩者的膨脹效應(yīng)差距?；逯饕蓴?shù)層有機(jī)材料構(gòu)成，其翹曲效應(yīng)受溫度的變化影響較大，而芯片的形變則顯著低于基板?；宓募訜釡囟缺３衷谳^低的程度（如140度左右），而芯片則在脈沖加熱器的作用下快速加熱（超過(guò)100度/秒）和快速降溫（超過(guò)50度/秒），這樣可以顯著減少熱量傳導(dǎo)給基板，貼片過(guò)程中基板可持續(xù)保持在較低的溫度而不會(huì)過(guò)度膨脹。
其他一些有助于貼片質(zhì)量的工藝優(yōu)化：1. 在芯片與基板對(duì)位之前，芯片已經(jīng)被加熱到待機(jī)溫度（約220度）；2. 對(duì)位光學(xué)相機(jī)是熱控設(shè)計(jì)的，可以保證高溫測(cè)量的精度；3. 基板加熱板的真空通路系統(tǒng)與基板有著良好的圖案匹配度，基板在加熱狀態(tài)下可適度軟化，在強(qiáng)力真空作用下貼合更平整，共面度更高。
TCB貼片頭垂直方向選用了ZERODUR光柵尺，以提供高精度的垂直位置控制，從而能夠精準(zhǔn)的識(shí)別到錫球固液相變以及隨后的精細(xì)位移控制。貼片頭與基板加熱板的熱膨脹校準(zhǔn)，用以補(bǔ)償貼片頭的垂直移動(dòng)距離，從而更進(jìn)一步提高精度，尤其是在固液相變以及錫液界面收縮過(guò)程中。每顆芯片在貼裝過(guò)程中都會(huì)檢測(cè)共面度，并反饋給貼片頭主動(dòng)傾斜補(bǔ)償，以滿足3um的共面度。在芯片和基板之間的錫焊完全固化前，提前釋放真空吸附的芯片也可導(dǎo)致芯片翹起失效。適當(dāng)增加貼片頭的等待時(shí)間可以有效避免該失效。另外一種替代方法，即通過(guò)壓力傳感器的信號(hào)監(jiān)測(cè)錫焊固化。冷卻過(guò)程中，錫焊固化會(huì)將貼片頭向下?tīng)砍?，表現(xiàn)為張力信號(hào)的增加。
量產(chǎn)中的工藝過(guò)程控制
為了滿足可靠量產(chǎn)的需要，不同的TCB之間的輸入輸出經(jīng)過(guò)校準(zhǔn)后，其性能可都到一致性匹配。這樣生產(chǎn)同一個(gè)產(chǎn)品時(shí)，所有的TCB設(shè)備會(huì)下載相同的工藝參數(shù)，不需要針對(duì)某一臺(tái)TCB設(shè)備再單獨(dú)設(shè)置。應(yīng)用PCS（過(guò)程控制系統(tǒng)）監(jiān)測(cè)重要的工藝指標(biāo)參數(shù)。如果指標(biāo)參數(shù)與目標(biāo)值嚴(yán)重背離（如貼片頭的壓力，高度和溫度等），PCS系統(tǒng)會(huì)將設(shè)備自動(dòng)停止，并指導(dǎo)操作員做出相應(yīng)的響應(yīng)。PCS系統(tǒng)之外還集成了統(tǒng)計(jì)分析能力，可以反映每臺(tái)設(shè)備的性能趨向，用于決定是否觸發(fā)設(shè)備維護(hù)。充分利用強(qiáng)大的日志文件。貼片過(guò)程中的日志文件可以有效反映生產(chǎn)過(guò)程中的各種缺陷，如外來(lái)異物，助焊劑不足等等（如圖11，圖12所示），方便操作人員及時(shí)定位失效原因并給予修復(fù)。
圖11 異常焊接記錄顯示當(dāng)出現(xiàn)其它物質(zhì)時(shí)的曲線圖
圖12 異常焊接記錄顯示當(dāng)出現(xiàn)助焊劑不足時(shí)的曲線圖
寫(xiě)在最后，英特爾公司采用的全新的TCB技術(shù)讓人眼前一亮，在封裝領(lǐng)域匹配了晶圓設(shè)備的性能。然而該工藝的特點(diǎn)以及精密的部件注定其成本不會(huì)低廉，維護(hù)諸多不易，應(yīng)用場(chǎng)景較為苛刻。相信隨著ASMPT公司對(duì)該設(shè)備的進(jìn)一步優(yōu)化且簡(jiǎn)化，并深度客戶定制，業(yè)界采用該技術(shù)用于量產(chǎn)的公司會(huì)越來(lái)越多。
原文始發(fā)于微信公眾號(hào)（艾邦半導(dǎo)體網(wǎng)）：TCB熱壓鍵合量產(chǎn)過(guò)程中如何控制貼片質(zhì)量及優(yōu)化手段