文档介绍：设计理想的晶圆凸起网板印刷工艺
作者:Peland Koh,DEK亚太区总经理
目前,业界有几种技术可用于在晶圆的焊垫上涂敷焊料混合物,这种技术被称之为晶圆凸起工艺。采用网板印刷进行晶圆凸起加工,作为一种可节省成本的大批量生产方案,而广受欢迎。但随着I/O数目增加和间距不断缩小,这种使用网板在焊点上印刷焊膏的方法变得更有挑战性,与之匹配的工艺设计水准要求也大大提高。
为何采用网板印刷方法?
业界三种最著名的晶圆凸起方法—网板印刷、蒸发及溅射或电镀,各有其优缺点(表一)。选择何种方法,除了需要考虑公司的工艺路线图,更重要的是需要考虑众多的参数,包括凸起间距、凸起高度、晶圆基底材料、晶圆厚度、晶圆尺寸、凸起一致性,以及凸起材料。
设备和材料
晶圆凸起印刷方法的设计,与标准表面安装装配生产线的工具兼容,所以在升级或改造现有的大型设备时无需额外的投资。
然而,网板印刷机应配备精密的光学装置。对位系统应当能够识别所处理晶圆上的非标准参考点,包括焊垫边角、特殊标志、标记,或其它与背景覆盖物对比鲜明的金属化特征。
在印刷过程中,为了确保安全地处理精密的晶圆,需要使用刚性托盘来支持晶圆。
晶圆凸起通常使用水溶性焊膏。凸起必须清洁,易于随后的倒装芯片装配过程中进行助熔处理,以达到稳定的润湿和一致的粘结;另外,最大限度地减少在凸起上或凸起之间积聚的任何残余物,可使装配后倒装芯片底部充胶工艺更为可靠。至今,市场上尚无能够实现无残余物焊点的商业用非清洁型焊膏材料。
工艺步骤
晶圆凸起印刷
工艺与 FR-4 基底上进行印刷是相似的。首先将晶圆放置在托盘上,通过传送带传送至网板印刷机;然后,对于刮刀印刷方式,先将焊膏搅动30至60秒,准备好以便进行装填,这是均匀地涂敷助焊剂和焊锡粉,并将焊膏稀释至合适稠度的重要步骤,(使用具有自动灌注和搅和焊功能的卡盒式封闭印刷头系统,这个步骤可以省去);接着,将焊膏涂敷到网板上之后,印刷机的视像系统就查找所有的参考点,在整个网板表面清洁地擦拭焊膏,将其注入所有的开孔中;最后,托盘和晶圆从印刷机中传送出来。

定位校验
采用显微镜进行焊膏沉积定位校验,焊膏沉积物应正确对位以覆盖所有焊垫,这是保证稳固的回流焊工艺的关键要素。对于高密度的精细间距配置,实现完美的印刷对位是颇具挑战性的任务,有时需要对手动偏移对准位置进行编程。
回流焊
一旦完成焊膏对位的校验,已印好的晶圆就可在强制对流型炉中进行回流焊。
清洗和烘干
在清洁工序中,用温和的去离子水清洗晶圆,除去水溶性助焊剂。然后用清洁的强制对流空气或氮气烘干晶圆。最后,建议对晶圆进行两小时的125℃脱水烘焙,去除晶圆在清洗过程中可能吸收的任何水分。
清洁网板
网板的清洁度也是至关重要的,即使在单次印刷行程后,网板开孔内壁也会积聚不少的焊膏残余物,它会很快变干并玷污后来的印刷行程。
影响晶圆凸起良率的工艺参数
许多变量会严重地影响采用这种凸起方法的晶圆的质量或良率。通常用已知好裸片(known good die, KGD)数值来表示晶圆凸起工艺的性能。成功实施晶圆印刷工艺需考虑的最重要因素包括:焊膏、印刷环境(环境和湿度)、印刷机设置、回流焊状况以及清洁选项。
焊膏
焊膏的一个重要特性是颗粒尺寸和分布,这主要