高密度封装指在一条基板上会有 2000 到 3000 颗独立的芯片。这种封装在 die bond 过程中通常会面临点胶/画胶的稳定性、RBO(树脂溢出)、open time(点胶到装芯片的停留时间)以及银膏覆盖率的挑战。贺利氏研发团队通过修改配方和工艺流程等方案克服了这些挑战。本文将从这些方面佐证改善版的 DA295A 的有效性。
画胶作业的稳定性:
参数设置:
●画胶图案:Double Y
●画胶速度:70% (ESEC 2100)
●画胶压力:0.85 bar
产品结构:高密度基板,一条基板有3200多颗GaAs芯片需要贴装。
测试方法:使用相同的参数连续画胶
判断标准:基于ESEC2100对胶形的检测,客户设定的规格胶型变化<25%
图1连续作业的画胶表现
图2 连续作业的画胶表现
一条基板3200多颗需要35分钟左右完成,连续两条基板需要70分钟左右完成画胶。
结论:如图1和图2 所示,改善版的DA295A能够保持非常稳定的画胶表现,平均波动在4%左右,远小于客户的要求25%。
树脂溢出问题
RBO(树脂溢出,Resin Bleeding Out)在烘烤过程中无法去除,也无法在wire bonding前的等离子清洗中完全清除,因此对打线和封装会产生一定影响。贺利氏的ASP/DA295系列产品均采用无树脂添加的溶剂配方体系,即全烧结配方体系(烧结完成后无残留树脂成分)。溶剂配方体系通常使用沸点较低的溶剂,在烘烤过程中达到沸点后溶剂将会挥发掉。在实际实验中,不同的基板DPAD表面处理会导致不同程度的溶剂溢出,如下图所示。图3-1展示了较少的溶剂溢出,而图3-2则显示了接近100%的溶剂溢出。
图3-1 溶剂溢出
图3-2 溶剂溢出
溶剂溢出(Solvents bleeding out)在烘烤前后和等离子清洗后我们做了对比测试,如表1所示:
备注:显微镜的灯光影响了照片的颜色
表1溶剂溢出和挥发测试
结论:溶剂溢出在烘烤可以挥发掉,等离子清洗也可以提供双重的保障。
Open Time(time interval between dispensing and die attach)
在高密度封装中,画胶后到芯片贴装时烧结银膏能够维持多长时间而不发干的指标非常重要。一旦烧结银膏发干,将会影响芯片的贴装质量、贴装后的银膏覆盖率,以及烘烤后的烧结强度,甚至可能导致在打线时出现芯片碎裂情况。
Open time测试:
选用常见的芯片尺寸(mm):0.74*0.70
测试条件,使用相同的画胶参数以获得一致的胶量,在同一时间画胶,根据不同的时间间隔使用相同的参数进行贴装芯片。
判断标准:在BLT(Bond Line Thickness)在20~30um内,银膏覆盖率达到100%。
图4 open time测试结果
结论:如图4所示,改善版DA295A在芯片0.74*0.7的条件下可以到达60分钟的open time;在90分钟时通过调整装片的距离也是可以达到100%的银膏覆盖。
烧结银膏的覆盖率
高密度封装意味着在当前标准的基板尺寸内排列更多的个体单元,即减小焊盘尺寸压缩芯片的贴装面积。在高密度封装中,芯片边缘到焊盘的距离变得更小,例如有些产品设计了80~100um的距离,如图5所示。
图5 高密度的设计示意图
这种高密度的设计对封装工艺带来挑战,需要精确地控制烧结银膏的体积,并同时实现100%的银膏覆盖率。相比常规产品,画胶图案的尺寸要小于芯片的尺寸。因此,对烧结银膏的要求也更高,除了要具有稳定的作业性,还要求贴装芯片之后达到100%的覆盖率。
烧结银膏覆盖率:
测试方法:通过控制画胶图案的尺寸和装片的高度,在装片时控制银膏的溢出。
检测方法:在显微镜下检查芯片底部银膏覆盖。
判断标准:银膏覆盖率达到100%,且没有超出焊盘。
在芯片贴装后将基板取出,在显微镜下检查发现芯片的四周都有均匀的银膏覆盖,完全满足100%覆盖率的要求,如图6-1所示。
图6-1显微镜下检测结果
经过充分的验证,改善版的DA295A在贴装芯片后能够达到100%的覆盖率。针对一些高密度的紧凑设计DA295A是有效的解决方案。
可靠性测试
改善版的DA295A已通过多家客户的作业性测试,并完成整个封装流程。经过可靠性测试,具体数据见表2,SAT扫描未发现分层现象,电性能测试也通过。
表2可靠性测试结果
总结
1.改善版的DA295A具有稳定的作业性。
2.溶剂体系的配方在烘烤后溢出的溶剂能够挥发掉,不会对打线键合产生影响。
3.较长的open time能够满足高密度封装的需求,避免分段式作业。
4.能够解决紧凑型设计的银膏覆盖率问题。
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