隨著科技的發展,智能設備越來越小型化,半導體器件和組件在各個領域都得到了廣泛的應用。特別是在移動設備、智能穿戴設備、航空航天等的大量應用對其可靠性提出了較高的要求,其中芯片的焊接(粘貼)方式也是對其可靠性非常重要的一個環節。
芯片到封裝體的焊接是指半導體芯片與載體(封裝殼體或基片)之間形成牢固的、傳導性或者絕緣性的連接方法。焊接層除了為器件提供機械連接和電連接之外,還需為器件提供良好的散熱通道。下面將針對芯片的焊接或粘貼方式進行一個詳細的說明。
一、非導電連接
在芯片到封裝體的焊接,有時芯片的背面無需將其電性能引出,因此會用非導電膠黏住芯片起到固定芯片位置的作用。這種非導電膠內部主要以高分子樹脂體系為主,添加二氧化硅、氧化鋁、氮化硅等填料來提升材料的導熱性和絕緣性。非導電膠在實際使用的過程中可以通過點膠、絲網印刷等方式進行使用,然后通過加熱完成樹脂體系固化之后將芯片與基材焊接在一起。
二、導電膠連接
芯片封裝中還有一種是要形成牢固的、傳導性的連接方法,即導電互聯。導電互聯的方式也很多種,如導電膠連接、金屬連接等。
導電膠是指在高分子樹脂粘合劑中添加了導電的金屬顆粒來實現其導通功能。在這中高分材料中,環氧樹脂是最經常使用的。環氧樹脂是穩定的線性聚合物,在加入固化劑后,環氧基打開形成羥基并交鏈,從而由線性聚合物交鏈成網狀結構而固化成熱固性塑料。其過程由液體或粘稠液→凝膠化→固體。固化的條件主要由固化劑種類的選擇來決定。而其中摻雜的金屬含量決定了其導電、導熱性能的好壞。
導電銀漿是當前最流行的芯片粘貼方法之一,它所需的固化溫度低,這可以避免熱應力,但有銀遷移的缺點。導電膠因其操作過程中載體不須加熱,設備簡單,易于實現工藝自動化操作且經濟實惠而得到廣泛應用,尤其在集成電路和小功率器件中應用更為廣泛。但是使用導電膠的器件熱阻和電阻都很高。樹脂在高溫下容易分解,有可能發生填料的析出,在粘貼面上只留下一層樹脂使該處電阻增大。因此它不適于要求在高溫下工作或需低電阻的器件。另外,導電銀膠的機械強度遠不如共晶焊接強度大。
三、焊錫(粘接)設備
芯片屬于高精密設備,精度要求通常達到0.1-0.3mm左右,甚至更低,人工是無法完成焊接,需要借助精密噴射點膠設備完成。歐力克斯在線式噴射
錫膏焊錫機,精度可達0.2-0.3mm,最高頻率50Hz,最小噴點直徑0.2mm,最小畫線直徑0.3mm,最小錫膏量為1nL。
芯片通常采用環氧樹脂封裝,焊接。環氧樹脂光固化倒裝焊法這是一種微米凸點倒裝焊接,與一般的FCB不同的地方在于,它是利用光敏樹脂固化時產生的收縮力來將凸點與基板上的金屬焊區牢固地互連在一起的,因此環氧樹脂光固化不是“焊接”,而只是“機械接觸”。這種FCB也稱作機械接觸法。其工藝步驟為:在基板上涂光敏樹脂→芯片凸點與基板金屬焊區對位貼裝→加紫外(UV)光并且加壓進行光固化,從而完成芯片的倒裝焊過程。