用于微电子封装的电子胶粘剂及其涂覆工艺

王志，秦苏琼，谭伟

(连云港华海诚科电子材料有限公司袁江苏连云港222047)

择要

先容了电子胶粘剂及其涂覆工艺，其所涉及的工艺有大量式点胶（MassDispensing），打仗式点胶（ContactDispensing），非打仗式点胶，总结了各种分配技能的优缺陷，指出了不同分配技能的适用情形，提出电子胶粘剂涂覆工艺技能方案。

序言

目前，微电子家当已经逐步演化为设计、制造和封装三个相对独立的家当。
微电子封装技能即半导体封装技能，又称前辈集成电路封装。
半导体封装包括组装（Assembly）和封装（Packing）两个方面，它是将数万计的半导体元器件组装成一个紧凑的封装体，与外界进行信息互换，它的基本功能包括电源供给、信息互换、散热、芯片保护和机器支撑。
半导体封装一样平常可分为4个紧张层次：

零级封装———芯片层次上的互连

一级封装———芯片（单芯片或者多芯片）上的I/O与基板互连

二级封装———封装体连入印刷电路板或其它板卡

三级封装———电路板或其它板卡连在整机母版上

在半导体封装和其他微电子工业装置领域，胶粘剂涂覆是个中的一道主要工艺，其性能的好坏决定着电子产品品质的优秀。
随着微电子封装技能不断发展，器件尺寸越来越小，安装密度越来越高，新型封装技能不断呈现，对电子胶粘剂的涂覆工艺的精度、速率和灵巧性提出了更高的求。

1电子胶粘剂

1.1电子胶粘剂分类

微电子封装用电子胶粘剂按封装形式可分为半导体IC封装胶粘剂和PCB板级组装胶粘剂两大类。
半导体IC封装胶粘剂有环氧模塑料（EMC），LED包封胶水（LEDEncapsulant），芯片胶（DieAttachAdhesives），倒装芯片底部添补材料（FlipChipUnderfills），围堰与添补材料（DamandFillEncapsulant）。
PCB板级组装胶粘剂有：贴片胶（SMTAdhesives），圆顶包封材料（COBEncapsu-lant），FPC补强胶水（FPCReinforcementAdhe-sives），板级底部添补材料（CSP/BGAUnderfills），摄像头模组组装用胶（ImageSensorAssemblyAd-hesives），敷型涂覆材料（conformalcoating），导热胶水（Thermallyconductiveadhesive）。

电子胶粘剂按固化办法可分为热固化，UV固化，厌氧固化，湿气固化，UV固化+热固化，UV固化+湿气固化等。
按材料体系可分为环氧树脂类，丙烯酸酯类及其它。

电子制造上常用的胶粘剂有环氧树脂，UV（紫外）胶水，热熔胶，锡膏，厌氧胶，双组胶等。
环氧树脂一样平常通过高温固化，固化后粘接力大，广泛运用在功能器件的粘接，底部添补Underfill等工艺上。
在电子制造业中环氧胶的生产厂家有美国汉高旗下的乐泰，日本富士，华海诚科，回天等。
UV胶通过紫外光固化，其污染小固化快，在一些包封点胶，表面点胶等领域运用最广，目前UV胶制造厂家有汉高乐泰，信友，德邦，华海诚科，海斯迪克等。
芯片封装中固晶胶其对胶水的粘接能力，导热率，热阻等都有哀求，在芯片封装中特殊是LED芯片封装中，美国道康宁胶水运用最为广泛，海内华海诚科，回天，长信，德邦，鑫东邦等公司也在投入研发生产专用芯片固定的胶水来代替国外产品。
热熔胶是构造PUR胶水，其有低温自然水汽固化等特点，固化快，无毒无污染，由于其独特优点正在逐渐代替其他类型胶水，目前推广较好的热熔胶有3M，汉高乐泰，富乐，威儿邦等。

1.2选择胶粘剂需考虑的成分

胶粘剂的主要特性包括流变特性(黏度、触变性、抗塌陷性及拖尾性、储存期/条件及有效寿命)和机器特性(黏滞性、机器强度和耐热性、固化周期、电性稳定性等。

（1）选择胶粘剂时首先要担保符合环保哀求，然后再综合考虑胶粘剂三方面的性能：固化前性能、固化性能及固化后性能。

（2）因双组份胶粘剂须要在适当韶光稠浊到适当的比例，增加了工艺难度，因而应优先选用单组份系统。

（3）优选便于与绿油及电路板材料区分的有色胶粘剂，由于可以很快创造是否缺件、胶量多少、是否污染了焊盘/元件、空胶等，便于工艺掌握；胶粘剂颜色常日有赤色、白色和黄色。

（4）胶粘剂应有足够的黏滞性及湿度，以担保胶粘剂固化前元器件与电路板粘接稳定。
两者常日随黏度而增加，高黏滞性材料可防止元器件在电路板贴装及传送过程中发生活动。

（5）对印刷工艺，胶粘剂涂覆后应有良好的抗塌陷性，以担保元器件与电路板良好打仗，这对付较大支撑高度元器件如SOIC及芯片载体而言尤为主要。
触变性好的胶粘剂，其黏度范围常日为60～500Pas，高触变率有助于担保良好的可印刷性及同等的模板印胶质量。

（6）对印刷工艺，胶粘剂应选择能够在较永劫光暴露于空气中而对温湿度不敏感的胶粘剂，如某些新型胶粘剂的印刷寿命可达5天以上，且印刷工艺中将剩余的胶粘剂材料存入在容器中，可以再次利用。

（7）应优选那些可以在较短韶光及较低温度达到适当连接强度的胶粘剂。
较好的胶粘剂其固化韶光及固化温度一样平常都在30～40s，120～130℃。
焊接前后的强度应足以担保元器件粘结牢固并有良好的耐热性，有足够的粘结力承受焊料波的剪切浸染。
温度应低于电路板基材及元器件可能发生损伤的温度，常日应低于基材的玻璃化转变温度，此温度以75～95℃为宜。
连接强度太大会造成返修困难，而太小则起不到固定浸染。

（8）应尽可能首次完备固化。
固化期间不应有明显紧缩，以减小元器件的应力。
固化时不应有气体冒溢，以免气孔吸取助焊剂及其它污染物，降落电路板的可靠性。

（9）固化办法比较对付较宽大元器件，应选择UV-热固化办法，以担保涂胶的充分固化。
范例的固化工艺是UV加IR辐射固化，某些胶粘剂用IR固化的韶光可达到3min以下。
同时，某些胶粘剂在低温加热时并不能很好地固化，因而也须要联合式固化工艺。

（10）胶粘剂在固化后便不中兴浸染，但应不影响后续工序如洗濯、维修等的可靠性。

（11）固化后应具有良好的绝缘性、耐潮性和抗堕落性，尤其是在湿润环境下的耐潮性，否则有可能发生电迁移而导致短路。

2胶粘剂的涂覆工艺技能

微电子封装工业中包含许多的胶体涂覆技能，一样平常用来完成点的点胶，线的点胶，面（涂覆）的点胶。
根据胶粘剂涂覆技能的特色常用的涂覆技能可分为大量式点胶（MassDispensing），打仗式点胶（ContactDispensing），非打仗式点胶（Non-ContactDispensing），每一类又有衍生出几种办法，如图1所示。

2.1大量式点胶(MassDispensing)

大量式点胶又分为针转移和印刷法两大类。

2.1.1针转移

针转移采取特制组合针头吸取胶液后可一次完成整块基板的布胶涂敷事情，是大批量生产时最大略的涂覆工艺。
首先根据基板上须要点胶的位置定制专门的针阵列，须要涂覆胶粘剂时，将针阵列的针头上沾取适量的胶粘剂，转移到基板上，针头下移，胶粘剂涂到基板上，这样一块印刷电路板所需的胶滴一次全部滴涂完成。

针转移技能适用于大批量生产的场合，点胶速率快，操作随意马虎。
缺陷是，针移法因工装夹具昂贵，换产缓慢；材料易受环境影响；点胶精度不高，涂覆同等性差，质量难以掌握。
不适宜高精度及大胶点高度等，在实际生产中运用不多。

2.1.2印刷法

印刷法利用专门制作的丝网或模版一次完成整块基板的布胶操作。
印刷法一样平常可分为丝印法及模板印刷法，丝印法因涂覆质量等缘故原由在实际生产中运用不多，紧张是模板印刷法。
紧张运用在印制电路板大批量进行表面贴装(Surfacemountedtechnology，SMT)，不须要常常修正的场合，所分配胶体一样平常为焊膏、浆料等高黏度材料。

近年来模板印刷逐渐成为一种可靠而廉价的涂胶工艺，而胶粘剂新材料/新特性的开拓使印胶工艺更为可行，模板印刷法正逐渐成为高产量组装须要的首选工艺之一。
印刷可以同时涂覆所有的胶滴，但基板表面必须平坦，一定不能有突起，由于突起将阻碍丝网同基板的打仗。
印刷工艺不能用于已经装有插装器件的混装板。
模板印刷通过掌握模板的厚度和开口尺寸也可得到空想的涂覆直径和高度。
由于印刷工艺的缺陷，分别是胶粘剂暴露于空气中、须要频繁清理丝网掩模或漏板及随意马虎在PCB上形成污点，难以印出最空想的胶滴。

2.2打仗式点胶工艺(ContactDispensing)

打仗式分配技能是通过针头在z向运动使粘附在针头端部的液滴与基板打仗，依赖液体黏滞性和界面力浸染实现液滴向基板的转移。
打仗式点胶根据其驱动源不同又可分为：气压驱动的韶光压力型，电机驱动的螺杆泵式和电动微注射式两种。
打仗式分配技能可操作液体种类广泛，尤其适宜分配膏状、浆料类等中高黏度的液体材料。

（1）韶光-压力型打仗式分配技能，该技能目前利用最广泛，它是随着SMT的发展最先引入的技能而且被业界广泛接管，利用历史较长。
早期韶光-压力型液体分配系统基于气压直接驱动事理事情，即压缩空气直接施加在注射筒内液体材料上部，并使令液体从针头内流出。
其紧张的优点有：构造及事理大略，利用及掩护本钱较低；料桶和针头改换方便，通过改换零部件可滴出不同量的胶液；设备洗濯和维修方便；系统灵巧，可用点涂不同黏度的胶液。

基于气压直接驱动事理的液体分配过程是一个时变参数动态系统，随着分配过程的进行，注射筒内原材料将不断减小，气体体积不断增大，这导致在同样的动作韶光和压力下，分配材料体积呈现减小趋势，增大了掌握难度，难于点出同等性良好的眇小胶点。
此外，空气的可压缩性、控阀的相应特性等严重限定了分配精度和事情效率的提高。
该种方法多用于分配高黏度材料，当流体黏度降落后，面临脉冲式气压直接击穿液体造成针头虚喷的问题。

为了避免气压直接驱动式的缺陷，产品制造商开拓了一系列气压活塞操控型液体分配阀，其事理是用恒压空气将液体材料挤压进分配阀内，用另一起脉冲气压掌握活塞的往来来往振动，当活塞抬起时将打开流动通道，液体在压力浸染下从针头内流出，当活塞落下时将割断液路，已挤出液体可在基板上形成点、线或图案。
和气压直接驱动型比较，该种方法分配效率较高，液滴体积较小，可分配液体黏度范围较大。
如EFD公司的隔膜阀式胶头点胶速率可达500点/min；滑阀式胶头在大压力驱动下，能够对粘合剂、银浆的高黏度胶体实现分配；针阀式胶头适用于中低黏度胶体，可点出0.18mm直径的微滴，在微电子制造等须要精密微量分配场合得到主要运用。

韶光压力型点胶具有构造大略，操作方便，价格低廉，在普通点胶行业广为运用。
目前海内自动化公司都推出自已公司的点胶掌握器，而且价格低廉。
韶光压力型点胶机环球运用最广的这天本武藏韶光压力型系列产品，MS-1(根本型用于廉价点胶)，ML-5000XⅡ（MS-1根本上增加数显），ME-5000VT(ML-5000XⅡ根本上增加气压，流量反馈功能)。

（2）螺杆泵式点胶：又叫阿基米德螺栓法。
螺杆泵式点胶分液技能，它是通过螺杆旋转带动胶液往针嘴处流动，并挤出完成点胶。
螺杆泵式点胶在构造上利用伺服电机供应驱动压力，可以在保持同等性的情形下对黏度较高的胶液进行分液。
该胶液分配技能是目前发展最快的技能之一，在市场上的份额不断增加，而且在很多运用上正替代韶光压力式。

这种点胶办法的优点是：适应范围广，可以用来点涂不同黏度的胶液，该技能驱动力大，适于分配如焊膏、银浆等特高黏度的胶体类材料；胶点受螺杆旋转和针头直径的影响，因而可以通过调节这些参数，产生不同大小的胶点以适应不同的须要；螺杆泵不但可以用来产生一系列均匀的胶点，还可以画线和画出不同轮廓的图案。
该技能不但可以用于滴涂贴片胶，也可以运用在诸如围坝、添补、底填料、粘结剂和焊膏涂布等具有高精密哀求的大批量工业化生产当中。
缺陷是：螺杆泵式点胶分配过程对温度变革、胶内气泡敏感，较韶光压力法须要更多的洗濯，设备投资较大。

在点胶市场上紧张有两种类型螺杆泵点胶阀，一种是含定子螺杆泵，另一种是无定子螺杆泵。
含定子螺杆泵优点是可以对全黏度胶液进行点胶，点胶体积险些只受螺杆迁徙改变角度掌握，可以实现非常高精度点胶作业。
由于设备加工精度高，含定子螺杆泵德国Viscotec公司生产的Preflow系列最好。
无定子螺杆泵其构造大略，对中高黏度点胶精度掌握高，特殊适宜焊膏点胶、银浆点胶和高黏度硅胶点胶。
最常见的无定子螺杆泵厂家有美国诺信，日本武藏，美国泰康，韩国世宗和海内高凯精密机器等。

（3）活塞式点胶。
活塞式点胶基于直线位移事理，是一种正向位移的点胶办法。
采取类似活塞-气缸的机构来点胶，通过活塞挤压针管内胶体使其流出，特殊适宜中、高黏度的胶体。
点胶量紧张由活塞位移大小决定，对胶体黏度、温度、和压力不敏感，在高速时有很好的同等性，重复性高，特殊适宜小体积连续点胶。
缺陷是：设备须要常常洗濯，而且洗濯流程较繁芜；每一点胶系统所滴胶点的尺寸固定，点较劲大小不好调节，灵巧性稍差；对针管容腔内气体敏感，对密封性哀求很高；点胶频率难以提高；胶液中包含较大的微粉时不适用，只适用于滴点，不适宜于画线或绘制轮廓图案。
目前活塞式点胶阀运用最广的为日本武藏MPP-1型柱塞泵。
在LED灯珠荧光粉点胶作业中以打点为主，对精度哀求高，而且点胶过程中不能污染荧光粉，海内LED荧光粉点胶大多采取MPP-1柱塞泵或者与其相似的产品。

2.3非打仗式喷射滴胶

目前非打仗式喷射滴胶按其驱动办法不同可分为：气动驱动式喷射点胶和压电驱动式喷射点胶。
喷射点胶技能，通过动量使胶水高速喷射至基板上并形成微点，由于不再须要针头点胶中用于战胜胶水附其实现点胶的z轴运动，喷射技能大幅度提高了点胶速率。
当从一个点胶位置转移到另一个位置的时候，喷射是在翱翔中完成，可以在非常紧凑的区域和非粘胶区域很小的地方等苛刻工况下完成的点胶操作。
由于喷射式点胶技能具有分配速率快，同等性好，液滴眇小的特点。
目前在小批量高精度的半导体装置上得到了运用。
例如：非打仗式点胶在电子行业如linebar灯条上运用非常广泛。
Linebar行业的用胶点在PC透镜与PCB的粘接，快速定位点胶，单个点点胶速率可以在5ms完成。

由于高频电磁阀构造事理的限定，气动驱动式喷射阀最大事情频率为333Hz。
国际上推出气动喷射点胶阀的公司及相应型号有武藏的Aero-Jet、美国诺信Asymtek的DJ9500、美国泰康公司的9000、深圳轴心自控有限公司的Jet-6000、Jet-7000等。
随后上海力桥自动化有限公司，常州高凯精密机器有限公司等陆续推出相应产品。
压电驱动式喷射点胶具有相应速率快、输出位移精度高档特点，点胶同等性在2%，最高频率可达40kHz，紧张运用于油墨喷印、UV胶喷印、银浆喷印中。

3不同胶黏剂涂覆工艺的比较

目前，各种胶粘剂涂覆工艺技能在适用黏度范围、分配速率、微滴体积等方面均各有上风，在不同场合得到运用。
比拟不同分配技能，可得出如下结论：

(1)分配胶粘剂黏度适应情形不同。
液体驱动方法的差异，导致各种分配技能适用黏度范围不同。
如螺杆泵式分配技能驱动力大，适宜分配焊膏、含微粒浆料等特高黏度的胶体类材料；而非打仗式分配技能分配高黏度液体的能力较差，仅适宜分配低中等黏度类液体材料。

(2)可分配液滴体积不同。
打仗式分配技能一样平常获取的液滴体积较大，实际运用中，多用于大剂量液体材料需求场合。
非打仗式分配技能可获取更眇小的液滴。
其余，现有技能在分配更高黏度液体时，可分配的最小微滴体积每每呈现增大趋势。

(3)分配速率情形不同。
非打仗式分配技能不须要喷嘴在z向移动，省略了液体与基板打仗后的结束韶光，因此具有更高的分配效率。
一样平常，低黏度液体材料更随意马虎实现高速分配，随着液体黏度的增大，须要的驱动力、单滴分配韶光都将增大，从而影响了分配速率的提高。

(4)事情可靠性不同。
基于打仗式分配技能的液体分配过程更随意马虎受到如针头位置、基板表面质量、物理空间障碍等外界成分的影响，其事情可靠性低于非打仗式分配技能。
其余，非打仗式分配技能和系统对物理空间环境哀求低，更适宜在紧密空间、高密度分配场合运用。
但非打仗式喷射系统繁芜，掌握麻烦，掩护用度及设备本钱高。

可见，不同液体分配技能在事情特性方面差异很大，微量液体配场合浩瀚，哀求不一，利用液体材料类型广泛。
因此，充分考虑详细运用环境，结合流体类型及经济条件等成分，选择得当的微量液体分配方法显得至关主要。

4结论

本文先容了目前电子胶粘剂涂覆工艺发展及运用现状，总结了各种涂覆工艺的优缺陷，指出了不同分配技能的适用情形。
如今胶粘接技能为了适应更加苛刻的事情环境，知足更加精密的技能哀求，提出了新的发展方向。
胶滴的眇小化、系统的自动化，点胶阀的非打仗化以及胶粘剂黏度兼容化成了精密点胶技能新的研究方向。

(1)胶滴眇小化。
随着微电子技能的发展，微装置面对的零件也变得越来越小，就哀求点胶系统得到的胶滴要向眇小化方向发展。

(2)点胶系统自动化。
我国许多行业中自动化程度并不高，在眇小装置中绝大多数是利用工人的技能和事情履历来完成粘接的，因此，点胶量的颠簸很大，同等性难以担保，提高点胶系统的自动化程度有主要意义的。

(3)点胶阀非打仗化。
传统的点胶系统一样平常采取的是韶光/压力式、螺杆泵式以及活塞式点胶阀。
打仗式的点胶阀除有同等性难以担保、难以掩护等缺陷之外，还很难实现狭小空间中的点胶操作，喷射点胶技能不但战胜了空间的局限性而且肃清了z轴方向上的移动，并具有点胶速率快、生产效率高、同等性好、相应速率快等优点，因此点胶分液技能正在经历一场由打仗式向非打仗式的转变。

(4)胶粘剂黏度的兼容化。
胶粘剂的黏度是影响点胶质量的一项主要成分，黏度过低时，在喷射点胶过程中很随意马虎发生飞溅；黏度太高，表面张力过大，又很难形成较小的胶滴，也随意马虎发生拉丝、堵塞喷头、喷头边缘黏滞等问题。
一种点胶系统如果能够适用于多种黏度胶粘剂，不仅可以降落设备本钱，而且可以缩短生产周期。