胶囊定向装置的结构设计外文翻译资料

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翻译

一种可用并环境友好型的包装技术——使用各向异性导电黏合剂连接倒装芯片。

摘要：在未来的移动端电信系统中，移动无线电基站使之更靠近的天线的需求是增长的。这需要在重量和体积上进行极大的缩减并增加环境的兼容性。当在无线电基站应用中，使用异向导电黏合剂连接倒装芯片，可以对环境的影响和可靠性做出评价。

传统的FR-4基板使用各向异性导电黏合剂和倒装芯片技术，来组装数字ASIC芯片。在7.8mm大小的8号芯片上， 最小间距为128mu;m。芯片上共有144个焊点，焊点面积大小为114times;126mu;msup2;。 焊点工艺使用了化学镀镍/金的技术。

粘合质量的特征可以通过使用光学和电子显微镜进行扫描并测量基板的平面度表现。影响其质量的主要因素是其在组装过程中未将FR-4基板进行对准和软化，从而导致其接头阻抗变高。

可靠性测试以循环温度的形式进行——在-40℃到125℃之间循环1000次。并在125℃环境下连续测试100个小时以及在85/85的湿度环境下测试500个小时。最终结果显示，在经过可靠性试验后，电阻的变化比较小。

对环境的影响评估通过材料的内容展示以及其生命周期评估（LCA）的形式进行。通过使用倒装芯片ACA接合技术，环保材料的含量已经降低了十几倍，贵金属的使用比传统的表面贴装技术减少了30多倍。

关键词：各向异性导电黏合剂（ACA），故障分析，倒装芯片，FR-4，可靠性。

1. 介绍

像倒装芯片这种紧凑型的封装芯片可以显著的提升功能性、减小尺寸、变得更加轻便并有更好地性能以及更低的成本。如今，这项技术已经广泛应用于消费电子产品的生产。并将向可靠性评估更高的行业如电信、工业电子和空间电子产品等行业挺进。

倒装芯片主要使用主导互连的方法进行焊接，因为它能提供适合批量生产的回流能力。然而对于超小间距的倒装芯片技术（小于150mu;m），普通焊接或者点焊有明确限制。在这种情况下，使用各向异性导电黏合剂结合的倒装连接可以为这种限制提供可能的解决方案。其实这已经实现了，在笔记本电脑中用于SDRAM模块的组装应用，在数码相机中的ASIC模块，以及平板电脑的私人助手（PDA）和无线电电子产品的应用中。

本工作旨在开发出使用各向异性导电黏合剂的倒装芯片并应用在无线电基站中。在这项工作里，使用具有相同功能的各项异性导电黏合剂倒装芯片模块来代替常规焊接QFP封装时，就已经评估了设计规则和参数处理的可靠性。

本工作旨在开发使用倒装芯片进行无线电基站应用的各向异性导电粘合剂接合技术。 在这项工作中，在用具有相同功能的各向异性导电粘合剂倒装芯片模块替代常规焊接的QFP封装时，已经评估了设计规则和处理参数以及可靠性。

1. 实验

倒装芯片的组件为数字型ASIC，本质上是在其表面贴装元件。在这项工作中，要使用相同功能的裸芯片组件。裸芯片有144个焊点，焊点的间距为128mu;m，焊盘的尺寸为114times;126mu;m。基板由传统的FR-4制成，设计的焊盘尺寸为76times;100mu;m。使用含有3mu;m镍颗粒的50mu;m厚的各向异性导电膜进行互连。

使用无电镀镍/镀金进行焊接。焊点镀层高度为20mu;m。 并使用相同的平坦度测量设备检查凸起高度变化。

部件组装部分采用德国FINETECH Electronic公司名为FINEPLACER的设备进行。组装的条件为：

1. 载重：35N
2. 温度：180℃
3. 时间：20s

使用名为Hisomet Z-CHECK的高度测量设备测量板高度变化的板平面度。根据现实来看，基板的平整度和均匀度是ACA倒装芯片接头的接合质量的关键参数

图1使用各向异性导电粘合剂在FR-4基板上组装倒装芯片模块。

表Ⅰ 衬垫在基板上的高度变化

图1展示了一个具有四个芯片的组装倒装芯片板。在组装后，使用两点测量技术测量各个位置的菊花链电阻。在40至125℃的温度循环试验中进行1000次循环，并进行125℃老化试验100小时，进行可靠性试验。 进行可靠性试验后，再次在室温下检查电阻。

1. 结果

（1）焊点质量：可以发现在衬底焊盘上的变化大于5mu;m。 从表I可以看出，其显示了一部分接触垫。这种影响粘接质量的程度尚不清楚。 然而，与粘合时的动态基板一起变形，这肯定会使高质量的接合更加困难。而且发现芯片上的凸起具有不同的高度。 两个相邻凸点之间的变化偶尔为4mu;m，这在某些情况下导致不均匀的接触。此外，还观察到FR-4基板的质量比较差。加工之后的基板上面的平板尺寸约为32times;52mu;m（其设计值为76times;100mu;m）。

（2）接触电阻：各侧（顶，右，左）的菊花链电阻如表II所示。 从表II可以看出，位于1D-D2右侧的电阻异常高。 其他显示为正常和可接受变化范围。

（3）焊点可靠性：在温度循环试验，老化试验和湿度试验后的电阻变化范围为10〜20％。 在某些情况下，电阻变化达到约50-100％。 没有观察到灾难性的故障。 电阻增加在无线电基站应用的可接受范围内。

（4）故障分析：没有发现直接证据显示导致电阻增加的机制。但发现以下因素是非常重要的：1）芯片和板上接触垫的高度变化;2）对准的精度;3）粘结压力分布不均匀;4）导电颗粒在接触区域分布不均匀;5）将基板上的电极嵌入环氧基体中时，由于接合力高， 连接度随着衬底接触垫和FR-4衬底中的玻璃纤维位置的相对位置而变化。

接合不良导致接合元件之间的接触不良，因此接合强度差。 通常，这种接头在热循环试验开始后只有几十个循环被损坏，从图2上可以看出。而且可以发现垫凹陷的程度不均匀（图2中的左关节）。 因此，在连接中会比邻近部位更加容易形成一个没有连接的缝隙。而压力分布不均匀对接头可靠性和质量的影响已经在前面讨论过了。

图2 ACA倒装芯片接头错位，可靠性差

表Ⅱ 装配后的接触电阻

图3由箭头指示的单个关节的可靠性与位置之间的关系。 ACA接头的初始电阻（R0）和1000次循环后的电阻（R1000）以及焊盘与玻璃纤维织物的距离（D）全部如表III所示。

表 Ⅲ 参考图3所示的ACA接头的可靠性依赖性图3中 D是基板上的接触垫与基板之间的关闭玻璃纤维位置之间的距离

图4 用于表面贴装的QFP160封装中的特定ASIC芯片和用于倒装芯片ACF组装的同一ASIC芯片。

表Ⅳ ASIC芯片的表面安装和片芯版本的材料和尺寸参数