PCB板用倒装芯片（FC）装配技术

现今电子器件的小型化高密度封装形式越来越多，如多模块封装（MCM）、系统封装（SiP）、倒装芯片（FC，Flip-Chip）等应用得越来越多。这些技术的出现更加模糊了一级封装与二级装配之间的界线。毋庸置疑，随着小型化高密度封装的出现，对高速与高精度装配的要求变得更加关键，相关的组装设备和工艺也更具先进性与高灵活性。　　

由于倒装芯片比BGA或CSP具有更小的外形尺寸、更小的球径和球间距、它对植球工艺、基板技术、材料的兼容性、制造工艺，以及检查设备和方法提出了前所未有的挑战。　　

下面对这些要求进行具体分析：　　

1.对贴装压力控制的要求　　

考虑到PCB板用倒装芯片基材是比较脆的硅，若在取料、助焊剂浸蘸过程中施以较大的压力容易将其压裂，同时细小的焊凸在此过程中也容易压变形，所以尽量使用比较低的贴装压力。一般要求在150g左右。对于超薄形芯片，如0.3mm，有时甚至要求贴装压力控制在35g。　　

2.对贴装精度及稳定性的要求　　

对于球间距小到0.1mm的器件，需要怎样的贴装精度才能达到较高的良率？基板的翘曲变形，阻焊膜窗口的尺寸和位置偏差，以及机器的精度等，都会影响到最终的贴装精度。关于基板设计和制造的情况对于贴装的影响，我们在此不作讨论，这里我们只是来讨论机器的贴装精度。　　

3.芯片装配工艺对贴装设备的要求　　

为了回答上面的问题，我们来建立一个简单的假设模型：　　

1.假设PCB板用倒装芯片的焊凸为球形，基板上对应的焊盘为圆形，且具有相同的直径；　　

2.假设无基板翘曲变形及制造缺陷方面的影响；　　

3.不考虑Theta和冲击的影响；　　

4.在回流焊接过程中，器件具有自对中性，焊球与润湿面50%的接触在焊接过程中可以被“拉正”。　　

那么，基于以上的假设，直径25μm的焊球如果其对应的圆形焊盘的直径为50μm时，左右位置偏差（X轴）或 前后位置偏差（Y轴）在焊盘尺寸的50%，焊球都始终在焊盘上。对于焊球直径为25μm的PCB板用倒装芯片，工艺能力Cpk要达到1.33的话，要求机器的最小精度必须达到12μm。　　

4.对照像机和影像处理技术的要求　　

要处理细小焊球间距的PCB板用倒装芯片的影像，需要百万像素的数码像机。较高像素的数码像机有较高的放大倍率， 但是，像素越高视像区域（FOV）越小，这意味着大的器件可能需要多次“拍照”。照像机的光源一般为发光二极 管，分为侧光源、前光源和轴向光源，并可以单独控制。PCB板用倒装芯片的的成像光源采用侧光、前光，或两者结合。　　

那么，对于给定器件如何选择像机呢？这主要依赖图 像的算法。譬如，区分一个焊球需要N个像素，则区分球间距需要2N个像素。以环球仪器的贴片机上Magellan数码像机为例，其区分一个焊球需要4个像素，我们用来看不同的 焊球间隙所要求的最大的像素应该是多大，这便于我们根据不同的器件来选择相机，假设所有的影像是实际物体尺寸的75%。　　

PCB板用倒装芯片基准点（Fiducial）的影像处理与普通基准点相似。PCB板用倒装芯片的贴装往往除整板基准点外（GLOBAL fiducial）会使用局部基准点（Local fiducial），此时的基 准点会较小（0.15—1.0mm），像机的选择参照上面的方法。对于光源的选择需要斟酌，一般贴片头上的相机光源 都是红光，在处理柔性电路板上的基准点时效果很差，甚至找不到基准点，其原因是基准点表面（铜）的颜色和基板颜色非常接近，色差不明显。如果使用环球仪器的蓝色光源专利技术就很好的解决了此问题。　　

5.吸嘴的选择　　

由于PCB板用倒装芯片基材是硅，上表面非常平整光滑，最好选择头部是硬质塑料材料具多孔的ESD吸嘴。如果选择头部 为橡胶的吸嘴，随着橡胶的老化，在贴片过程中可能会粘连器件，造成贴片偏移或带走器件。　　

6.对助焊剂应用单元的要求　　

助焊剂应用单元是控制助焊剂浸蘸工艺的重要部分， 其工作的基本原理就是要获得设定厚度的稳定的助焊剂薄膜，以便于器件各焊球蘸取的助焊剂的量一致。 要精确稳定的控制助焊剂薄膜的厚度，同时满足高速浸蘸的要求，该助焊剂应用单元必须满足以下要求：　　

（1）可以满足多枚器件同时浸蘸助焊剂（如同时浸蘸4或7枚）提高产量；　　

（2）助焊剂用单元应该简单、易操作、易控制、易清洁；　　

（3）可以处理很广泛的助焊剂或锡膏，适合浸蘸工艺的 助焊剂粘度范围较宽，对于较稀和较粘的助焊剂都 要能处理，而且获得的膜厚要均匀；　　

（4）蘸取工艺可以精确控制，浸蘸的工艺参数因材料的不同而会有差异，所以浸蘸过程工艺参数必须可以单独控制，如往下的加速度、压力、停留时间、向上的加速度等。　　

7.对供料器的要求　　

要满足批量高速