各向同性導(dǎo)電膠(ICA)是作為傳統(tǒng)錫鉛焊料的代用品而開(kāi)發(fā)的。ICA的填充劑含量較高(約80%)，在不允許高溫焊接的電子連接應(yīng)用中，可作為焊膏的替代品。ICA的優(yōu)點(diǎn)包括加工溫度低、無(wú)鉛、免助焊劑、免清洗、工藝簡(jiǎn)單等。但與成熟的回流焊接技術(shù)相比，導(dǎo)電膠連接技術(shù)目前仍處于雛形階段，對(duì)于高密度和超細(xì)間距應(yīng)用尤其如此。
在ICA應(yīng)用中采用漏版印刷工藝，可使處理間距細(xì)至0.25毫米的元件成為可能。經(jīng)驗(yàn)表明，對(duì)于間距0.5毫米的元件，生產(chǎn)工藝要求貼片精確度為75微米;而對(duì)于間距在0.25至0.5毫米的細(xì)間距元件，則要求貼片精確度達(dá)到50微米。從ICA應(yīng)用技術(shù)的最新進(jìn)展來(lái)看，其連接密度有望進(jìn)一步達(dá)到80微米。可以為細(xì)間距貼片機(jī)配備浸膠裝置，供沾浸元件焊點(diǎn)使用，這種工藝對(duì)于倒裝芯片裝配具有很強(qiáng)的吸引力。
然而，當(dāng)沾有ICA的元件被貼裝到電路板上時(shí)，膠劑受擠壓會(huì)從元件下表面逸出，而在固化時(shí)，被擠出的ICA不能回流，因而元件無(wú)法產(chǎn)生類(lèi)似回流焊接的自對(duì)中效應(yīng)。由于存在固化時(shí)不能進(jìn)行位置修正的現(xiàn)象，我們針對(duì)該工藝的適用性進(jìn)行了一項(xiàng)調(diào)研，以明確ICA倒裝芯片裝配的貼裝參數(shù)，如貼片精確度、貼片力等。在實(shí)驗(yàn)中，將倒裝芯片貼裝偏移量逐步增大，焊接點(diǎn)的電阻則在固化后立即進(jìn)行測(cè)量。
我們?cè)趯?shí)驗(yàn)中采用安必昂ACM貼片機(jī)完成吸取、識(shí)別對(duì)中、ICA沾浸、貼片等系列工序，試驗(yàn)使用的倒裝芯片有4×14個(gè)金焊點(diǎn)，焊點(diǎn)間距為300微米，直徑為80微米。倒裝芯片浸入Amicon 3502 ICA，然后貼裝至1.6毫米厚帶鎳金涂層的單層FR4基板上。倒裝片粘結(jié)墊之間的連接允許進(jìn)行菊花鏈測(cè)量，每塊倒裝片設(shè)四個(gè)位置進(jìn)行四點(diǎn)測(cè)量。
倒裝芯片的焊點(diǎn)浸入ACM助焊劑裝置內(nèi)約50微米厚ICA膠層，沾浸時(shí)間為200毫秒，沾浸力為0.5N，貼片力為1.5N。膠劑用批次式處理爐在150℃溫度下固化15分鐘。由于目前尚無(wú)有關(guān)ACM的ICA沾浸工藝經(jīng)驗(yàn)，所以此次對(duì)沾浸質(zhì)量的研究還屬首次。
元件浸入ICA層后貼至電路板，然后再取下。檢查結(jié)果顯示，電路板焊盤(pán)上存在無(wú)ICA或ICA不足現(xiàn)象，這表明固化后會(huì)導(dǎo)致無(wú)接點(diǎn)或產(chǎn)生壞接點(diǎn)。檢查沾浸后放平的金焊點(diǎn)發(fā)現(xiàn)焊點(diǎn)上存留的ICA量不足。
對(duì)上述現(xiàn)象進(jìn)行研究表明，元件從ICA中抽出時(shí)所用的速度z是一個(gè)重要參數(shù)。當(dāng)吸嘴等級(jí)為4時(shí)，結(jié)果顯示ICA量不足，但降低z速度可解決該問(wèn)題。機(jī)器總運(yùn)行速度設(shè)為最大值的25%，所得z速度為50毫米/秒，此時(shí)放平的金焊點(diǎn)上存留有足量的ICA。我們按此速度設(shè)置ACM，進(jìn)行了一系列實(shí)驗(yàn)。
倒裝元件的貼裝從額定位置開(kāi)始，然后以10微米為幅度逐漸增大偏移量。倒裝片各個(gè)方向均有14個(gè)焊點(diǎn)，鑒于焊盤(pán)呈矩形，故僅在x方向上設(shè)置偏移。有兩組焊點(diǎn)(每組14個(gè))落于焊盤(pán)上，另有兩組有一定偏移。
ICA固化后，測(cè)定焊點(diǎn)電阻值，所測(cè)得電阻的阻值為膠劑接點(diǎn)阻值與倒裝片內(nèi)部互連阻值的兩倍之和。各倒裝片均設(shè)有四個(gè)位置共四點(diǎn)測(cè)量，其中兩個(gè)位置焊點(diǎn)落于焊盤(pán)上，而在另兩個(gè)位置上，焊點(diǎn)按指定幅度偏移，測(cè)量顯示阻值穩(wěn)定。對(duì)數(shù)據(jù)作進(jìn)一步分析后表明，即使焊點(diǎn)偏離焊盤(pán)40微米(即焊盤(pán)寬度的一半)以上，焊點(diǎn)上的ICA仍可接觸到焊盤(pán)并形成連接。只要ICA接觸焊盤(pán)，就能形成電連接。偏移幅度達(dá)到60微米時(shí)，對(duì)于1.5N和10N貼片力，接點(diǎn)阻值差別不大，相對(duì)而言后者略小。根據(jù)上述實(shí)驗(yàn)得出的最大允許安全偏移量為25微米，或大致相當(dāng)于連線(xiàn)寬度的30%。在此基礎(chǔ)上，可推斷不同間距的允許偏移量。
沾浸時(shí)，元件焊點(diǎn)抽出ICA所用的速度也是一個(gè)重要參數(shù)。焊點(diǎn)上存留的ICA量取決于抽離速度，而貼片力并非關(guān)鍵因素。最大允許安全偏移量相當(dāng)于焊盤(pán)寬度或直徑的30%，焊點(diǎn)偏離焊盤(pán)時(shí)，焊點(diǎn)上的ICA仍可接觸到焊盤(pán)并形成電連接。所有電阻值和剪力均在固化后立即測(cè)量，至于在貼裝偏移情況下元件的連接狀態(tài)如何，則需要通過(guò)可靠性測(cè)試予以進(jìn)一步明確。
