[发明专利]超声波振动辅助倒装芯片塑封成型下填充装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种倒装芯片塑封成型工艺，具体涉及一种超声波振动辅助倒装芯片塑封成型下填充装置及方法。

背景技术

倒装芯片具有高的I/O密度、短的互联通路、低的电路寄生以及优异的散热性性能，广泛应用于计算机、无线通信、网络、电信/数据、汽车电子和消费类等领域，已经成为目前低成本的高密度封装的关键技术。

随着高密度倒装芯片生产工艺的发展，硅芯片尺寸越来越大(30×30mm²)，焊点密度越来越高(5000焊点)，焊点间距越来越小(可达50微米)，装配焊合后缝隙高度越来越小(可至30微米)，但是目前倒装芯片的填缝过程主要靠毛细作用驱动，这类传统的下填充生产工艺遇到了很大难题：在成型方面，毛细驱动力力不从心和固化过程复杂缓慢；在成性方面，由于润湿不足导致封胶壁面粘结强度变差，由于填料非均匀分布导致封胶层性能下降。这种传统的下填充工艺，难以使生产的倒装芯片满足实际生产中的性能要求。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种超声波振动辅助倒装芯片塑封成型下填充装置及方法，用于加快封胶流动，提高固化速度，使填料分布均匀，提高封胶与壁面粘结强度。

本发明解决其技术问题采用以下的技术方案：

本发明提供的超声波振动辅助下填充倒装芯片塑封成型装置，其主要由超声波发生器、超声波换能器、超声振动工具头、加热平台、加热系统、气泵、气缸、点胶机、三坐标机械手组成，其中：超声波发生器把市电转换成与超声波换能器相匹配的高频交流电信号，驱动超声波换能器工作；超声波换能器将高频交流电信号转变为超声波振动，变幅杆将机械振动幅值放大后传送到超声工具头；加热平台位于超声振动工具头正下方，并与加热系统相连，开启加热系统后，加热平台便会升温，从而对基板和芯片加热。

所述超声波发生器与超声波换能器相连，超声波换能器与变幅杆的上端通过螺丝连接，变幅杆的下端与螺纹孔螺纹连接，且螺纹孔在超声振动工具头的上端，超声振动工具头的下端与基板接触部分尺寸为40mm×3mm。

3.根据权利要求1所述的超声波振动辅助下填充倒装芯片塑封成型装置，其特征在于所述变幅杆为纵振式圆锥变幅杆，主要材质为45号钢，用于对换能器的输出振幅进行放大，调整换能器与超声波工具头之间的负载匹配，减小谐振阻抗。

所述气缸通过管道与气泵相连，用于储存气体并通过气体对气缸活塞做功实现超声振动工具头的上下移动。

所述加热系统与加热平台相连，用于实现对加热平台的加热；该加热系统采用电阻加热方式，主要由电阻丝、控制系统、热电偶等部分组成，其中电阻丝是主要的发热元件，布置在加热台中间的孔道中；控制系统用于控制设定温度；热电偶直接测量温度，并把温度信号转换成热电动势信号，反馈给控制系统。

所述三坐标机械手装在实验台面上，其主要由手部、导轨、驱动机构和可编程模块组成，其中：手部用于夹持涂胶针头，通过可编程模块设置运动路径之后，驱动机构驱动手部沿导轨运动，从而实现针头的三坐标移动。

本发明提供的超声波振动辅助倒装芯片塑封成型下填充方法，是利用上述超声波振动辅助倒装芯片塑封成型装置实现的，其步骤包括：

1)夹持基板：

将完成回流焊后清洗干燥的基板和芯片放在加热平台上，调节夹具位置使之夹住基板，调整夹具螺钉位置以控制夹具的夹紧力，使基板固定；

2)预热：

设定加热平台预热温度，启动加热系统给基板和芯片预热，预热温度为50℃；

3)设置预压紧力：

调节气缸压力，使超声波振动工具头向下水平方向贴紧基板，设定该工具头预压紧力为0.2MPa；

4)点胶和填缝：

启动点胶机进行点胶：点胶机沿左侧边+Y方向运动，速度为1cm/s，吐胶量为0.2mL/s，行程为28mm，点胶机沿+Y方向走完一个来回完成一次点胶过程，

点胶完成后，开启超声振动工具头，使超声波诱导封胶流动，超声波频率为20kHz，超声振动工具头输出振幅为6×10^-6m，设定超声波周期为工作5s，间隔1s，直到封胶完全流进缝隙，这样即完成一次填缝过程，

如果需要多次点胶，待上次点胶完成之后先关闭超声振动工具头，重复以上操作，直到填满缝隙；

5)封胶固化：