倒装芯片：向主流制造工艺推进

助焊剂不要求很高的放置精度。使用两个全局基准点作板的定位，可得到很高的可信水平。对每个贴片座的局部基准点是没有必要的，它会降低设备周期。设备购买时不能没有视觉系统，但多数便利设施可以省去 - 快速简便的产品编程和设定确认等。
芯片贴装(die placement)
芯片贴装容易实施，因为设备对工厂人员都很熟悉。设备具有C4倒装芯片贴装头，只用于IC的贴装。贴装头有四个贴装转轴(spindle)，维持X-Y贴装精度为±200μm和最大贴装力为2500g。芯片以盘带包装，用黑色迭尔林(Delrin)吸嘴来吸取元件。
通常，贴装压力应该为每个I/O 6~12g。在这种情况下，100 I/O要求600~1200g之间的压力。过大贴装压力有一个缺点，尽管贴装头/视觉系统扫描后已经作了纠正，贴装压力可能产生元件偏移。还有，如果托盘的刚性不够，或者板的支撑不正确，贴装时板可能会向下弯曲。
元件的视觉识别路线设定是，沿芯片周围识别48个锡球(bump)，和中间附近一个定向锡球。锡球的数量经过优化达到最高的贴装精度和最大的机器产量。增加锡球数量大大地延长处理时间，而贴装精度保持不变。
一个解析度为每个象素1.3mil的相机用来抓拍芯片的图象。通过二级光强度的侧光，得到足够的对比度。贴装单元也配备一个每个象素0.5mil的可选相机，但要求抓拍两个芯片图象。
用三个全局基准点来决定PCB和贴装座的位置。基准点应该是金属作的，以保证锡球的贴放是相对于倒装芯片的焊盘，而不是阻焊层。
贴装之后、回流之前板的所有运动和传送必须平滑，不能影响元件的定位。如果元件的移位是来自贴装单元，那么机器传送带、升起定位和Z-轴的加速度和速度的设定可能需要降低。在高速运作期间，也必须使用适当的板支撑，以减少PCB挠曲。挠曲或反回可能引起前面贴装的芯片移出焊盘，特别是如果在表面贴装之前阵列(array)翘曲。
回流(Reflow)
在贴装工艺之后，装配通过一个空气对流炉，来回流共晶焊锡球，形成电气连接。炉设定按标准的表面贴装温度曲线。氮气流速提供良好的热传导，限制氧气污染。炉的进口处过大的氮气流速可能引起芯片偏移出焊盘，因此引发缺陷。如果这个偏移变成一个长期的问题，可增加分流板来防止气流直接冲击芯片。开始的温度斜率不应该超过每秒1.5~2.0°C。高的预热速率迅速蒸发助焊剂，引起回流焊接之前芯片偏移，甚至翻转。
每个产品都必须作温度曲线，以保证满足适当的回流条件。在生产线预防性维护或板有任何改动之后，应该再作温度曲线。表面上不重要的修改，如改变地线层的尺寸或位置，可影响热传递速率和倒装芯片的回流。氮气流速使用安装在炉前的流量计来监测。氧气水平可用也是安装在炉前的探测器来检查。
先进先出(FIFO, first-in, first-out)的缓冲器应该安装在回流炉的立即出口，在底部充胶单元之前。这个预防措施将收在集流水线关闭期间正在回流炉内的任何电路板。
底部充胶(Underfill)
底部充胶对倒装芯片装配的长期可靠性是必须的。胶减少焊接点的应力，将应力均匀地分散在倒装芯片的界面上。每个充胶系统的可靠性可能差别很大，决定于倒装芯片装配的结构；因素包括离板间隙(standoff)高度、芯片钝化、阻焊剂供应商和PCB材料。所希望的制造特性包括快速的流动速率、快速固化、长的储存稳定性和容易使用到倒装芯片座。为了达到成功，充胶的附着、颗粒尺寸分布和填充量必须修整，以满足制造和可靠性要求。
多数充胶材料是基于环氧树脂的系统，充入50~70%重量的硅来协调稳定膨胀系数(CTE, coefficient of thermal expansion)。所有元素预先混合包装在注射器内，适于所希望的速率和材料储存寿命。注射器大小应该限制操作员的干涉时间为每四到八个小时，因此减少停线期间的材料浪费，但又不太影响产量。
充胶材料储存在-40°C的冷冻机内，在装上滴胶机之前，解冻至少30分钟。解冻到一个稳定的稳定状态，防止不利的粘度变化，它会引起充胶量的变化。充胶的制造储存寿命应该至少四小时。在这个时间内，滴胶机应该展示连续的胶流、无针嘴滴漏(dripping/drool)和良好的滴胶点尾的断开。超过材料储存寿命可能造成充胶不完整和低劣的附着。
用旋转式胶泵将胶填充到基板。这个阀是坚固的，易于清洁，并可在胶剂寿命内滴出连续一致的胶量。基板温度是不受控制的，其变化决定于经过回流炉之后所持续的时间。胶剂是以充胶到芯片所有四条边的形式滴注的。这种形式提供良好的圆角成型，并且比曾经评估过的单线或L形滴胶更快速。
在滴胶之前，用设备的视觉程序来定位IC的每条边，减少滴胶嘴由于移位的芯片而被弯曲的机会。损坏的滴胶嘴将不会正确地滴胶，在发觉之前可能引起无数的缺陷。柔性的滴胶嘴是个可接受的替代者，如果视觉要求反过来影响设备的产量。柔性的滴胶嘴在受冲击时会弯曲，但是如果滴胶嘴变形，滴胶精度可能受影响。
芯片周围 1~2mm 的元件非入区是所希望的，但并不一定总是可行的，因为设计的局限。在本文所述的情况中，有热封装配、一个开关和几个离散元件处在非入区的里面或附近。滴在或流入热封元件和开关区域的胶可能毁坏整个PCB。密封的离散元件不会负面影响射频性能，但将抑制芯片下的胶流。这些元件也将在固化后永久地绑接在位置上，可能使得竖立的电容无法修理。12~16mg的底部充胶提供必要的覆盖并限制污染。
固化(cure)
底部充胶的装配通过一个固化炉，使胶剂聚合。卧式、立式和微波炉都可使用，决定于应用和固化时间的要求：
卧式固化炉，成本低、到处都可找到、可靠、也提供作为回流焊炉的双重功能。立式与微波炉通常是专门的固化炉，不能用于回流。
立式炉具有高容量，占地面积小，但复杂性增加可能导致可靠性和维护等问题。
微波炉提供快速的批量处理，但大大增加固定资产成本。从产品到产品来作炉的温度曲线也变得更困难。
5~15 分钟的充胶固化时间允许标准的卧式回流焊炉当作固化炉用。为了增加能力，将炉由单轨通道改为双轨通道。这个修改改进了利用率，消除了每条线多个固化炉的需要。
固化缺陷是一个关注，因为它们可能不被发觉，直到寻呼机到了顾客手中。开始的升温速率和温度上的时间(time-at-temperature)是重要的温度曲线参数，必须得到控制。过快的升温速度可能引起充胶的过早凝固，或者在系统中挥发低分子重量的单分子物体。过早的凝固在它适当地密封芯片之前就停止了材料流动，挥发的单分子物体将造成空洞。这两种情况都是不可接受的，并诱发可靠性问题。维持特定的固化时间和温度对充胶达到其完全功能是必须的。充胶的温度记录决定其物理特性，如玻璃态转化温度、CTE、粘着力和吸潮特性。加热时间不充分将造成不适当聚合的胶体，可能不能提供足够的完整的机械特性。
结论
工程师在实施一项倒装芯片应用时，应该应用两条设计规则：
限制倒装芯片将要经受的静态和动态的电路板弯曲。将芯片贴放在诸如螺钉头或键盘区域背面等高应力点，可能导致底部充胶的脱层和潜在的现场失效。
避免芯片背面可能受到冲击的区域。如有必要，增加一个冲击垫或盖来限制IC断裂或碎裂。
遵守这些规则将改善最后装配的可靠性，和避免潜