倒裝芯片器件封裝

會計學1倒裝芯片器件封裝倒裝芯片（FlipChip）1、發(fā)展歷史2、倒裝芯片的工藝過程3、發(fā)展趨勢第1頁/共47頁1.1什么是倒裝芯片器件封裝第2頁/共47頁倒裝芯片器件具有的特點1、基板是硅2、電氣面及焊凸在器件下表面3、球間距一般為4~14mil、球徑為2.5~8mil、外形尺寸為1~27mm4、組裝在基板上后需要做底部填充第3頁/共47頁第4頁/共47頁1.2倒裝芯片的優(yōu)點(1)尺寸小、薄，重量更輕；(2)密度更高，使用倒裝焊技術(shù)能增加單位面積內(nèi)的I／O數(shù)量；(3)性能提高，短的互連減小了電感，電阻以及電容，信號完整性、頻率特性更好；第5頁/共47頁(4)散熱能力提高，倒裝芯片沒有塑封體，芯片背面可用散熱片等進行有效的冷卻，使電路的可靠性得到提高；(5)倒裝凸點等制備基本以圓片、芯片為單位，較單根引線為單位的引線鍵合互連來講，生產(chǎn)效率高，降低了批量封裝的成本；第6頁/共47頁1.3發(fā)展歷史

1964倒裝芯片出現(xiàn)；1969年，IBM公司C4技術(shù)（可控塌陷技術(shù)）；至今，已廣泛應用于SIP,MCM,微處理器，硬盤驅(qū)動器以及RFID等領(lǐng)域。第7頁/共47頁1.4實際應用第8頁/共47頁2倒裝芯片的工藝流程倒裝芯片制凸點拾取芯片印刷焊膏或?qū)щ娔z貼放芯片再流焊或熱固化下填充第9頁/共47頁2.1幾種典型的倒裝芯片焊接工藝1、環(huán)氧樹脂光固化法2、各向異性導電膠固化法3、超聲熱壓倒裝芯片焊接法4、再流倒裝芯片焊接法（C4技術(shù)）第10頁/共47頁2.1.1環(huán)氧樹脂光固化法利用光敏樹脂固化時產(chǎn)生的收縮力將凸點與基板上金屬焊區(qū)互連在一起，不是“焊接”，是“機械接觸”。光固化的樹脂是丙烯基系，紫外光的光強是500mW/cm2，光照固化時間是3~5s，芯片上的壓力是0.01~0.05N/凸點第11頁/共47頁2.1.1環(huán)氧樹脂光固化法工藝步驟：在基板上涂上光敏樹脂芯片凸點與基板金屬焊區(qū)對位貼裝加紫外光（UV）并加壓固化完成芯片倒裝焊第12頁/共47頁2.1.2各向異性導電膠固化法第13頁/共47頁2.1.2各向異性導電膠固化法過程：先在基板上涂覆各向異性導電膠（ACA），將帶有凸點的IC芯片與基板上的金屬焊區(qū)對位后，在芯片上加壓進行ACA固化，這樣導電粒子擠壓在凸點與焊區(qū)之間，使上下接觸導電。第14頁/共47頁2.1.2各向異性導電膠固化法ACA的固化形式有熱固型、熱塑型和紫外光固化型（UV）幾種。其中，以UV型最佳，熱固型次之。UV型的固化速度快，無溫度梯度，故芯片和基板均不需加熱，因此不用考慮由UV照射固化產(chǎn)生的微弱能量引起的熱不匹配問題。第15頁/共47頁2.1.3超聲熱壓倒裝芯片焊接法第16頁/共47頁2.1.3超聲熱壓倒裝芯片焊接法該方法是使用倒裝焊接機完成各種凸點的焊接，由光學攝像對位系統(tǒng)、撿拾熱壓超聲焊頭、精確定位承片臺及顯示屏等組成的精密設(shè)備。第17頁/共47頁2.1.3超聲熱壓倒裝芯片焊接法第18頁/共47頁2.1.4再流倒裝芯片焊接法（C4技術(shù)）第19頁/共47頁2.1.4再流倒裝芯片焊接法（C4技術(shù)）這種焊接方法專對各類Pb-Sn焊料凸點進行再流焊接，這種FCB技術(shù)最早起源于美國IBM公司，又稱C4技術(shù)。C4技術(shù)是國際上最為流行并且最有發(fā)展?jié)摿Φ暮噶贤裹c制作FCB技術(shù)，因為它可以采用SMT在PWB上直接進行芯片貼裝并倒裝焊。第20頁/共47頁2.1.4再流倒裝芯片焊接法（C4技術(shù)）根據(jù)使用的基板不同，相應使用的C4凸點直徑、凸點高度和凸點節(jié)距也不同，典型的尺寸如表：第21頁/共47頁第22頁/共47頁2.2倒裝芯片封裝的關(guān)鍵技術(shù)在當前倒裝芯片不普及,工藝不成熟的狀況下,芯片上凸點成形、芯片倒裝焊工藝和下填充材料的填充工藝就成為應用推廣倒裝芯片焊接的技術(shù)關(guān)鍵。第23頁/共47頁2.2倒裝芯片封裝的關(guān)鍵技術(shù)倒裝焊(FlipChip)中的首個凸點制備技術(shù)是IBM公司的C4工藝(ControlledCollapsChipsConnection)。凸點由蒸發(fā)的薄膜金屬制成。隨工藝技術(shù)和設(shè)備的發(fā)展，滿足不同產(chǎn)品的需求，凸點制備工藝方法越來越多，不僅有蒸發(fā)／濺射法，還有焊膏印刷-回流法、化鍍法、電鍍法，釘頭法、置球凸點法(SB2Jet)等不同方法，其各有特點。第24頁/共47頁2.2.1蒸渡沉積法第25頁/共47頁2.2.1蒸渡沉積法如上圖所示，通常采用金屬掩膜來形成UBM和釬料凸點的形式圖案。在形成UBM后，釬料蒸發(fā)而在焊盤上形成凸點。此時凸點呈錐形，凸點的高度取決于蒸發(fā)釬料量、掩膜高度及其開口尺寸。通常在蒸發(fā)過程之后，要對釬料凸點進行重熔，以形成球形凸點。第26頁/共47頁2.2.1蒸渡沉積法還有另外一種蒸渡形式，采用光刻膠代替掩膜。釬料蒸發(fā)并沉積到焊盤和光刻膠上，在光刻膠和焊盤上沉積的釬料是不連續(xù)的，通過隨后取下的光刻膠，則其上的釬料也被去除，剩余的釬料即形成釬料凸點。第27頁/共47頁2.2.2印刷法第28頁/共47頁2.2.2印刷法現(xiàn)在大量采用的模板印刷方法是通過涂刷器和模板，將釬料涂刷在焊盤上。目前廣泛應用在200μm~400μm的焊盤間距印刷。對小間距焊盤，由于模板印刷不能均勻分配焊料體積，應用受到了限制。第29頁/共47頁2.2.2印刷法影響模板印刷工藝質(zhì)量的因素很多，包括印刷壓力、間距高度、環(huán)境控制、重熔溫度曲線等參數(shù)等。模板制造方法有三種：化學腐蝕、電鍍以及激光切割?；瘜W腐蝕模板比較便宜，但精度不高。電鍍和激光切割模板精度高，但是比較貴。第30頁/共47頁2.2.3電鍍法第31頁/共47頁2.2.3電鍍法在電鍍法中，形成UBM之后，在焊盤上涂覆光刻膠以形成凸點圖案。如上圖，光刻膠可決定電鍍凸點的形狀和高度，因此在電鍍凸點前，要去除光刻膠殘渣。在電鍍液中焊料電鍍后，形成的凸點多為蘑菇狀。與其他方法相比，電鍍凸點成分及其高度控制比較困難，因此多選用共晶釬料，如63Sn/37Pb等。電鍍后，去除光刻膠，釬料凸點在進行重熔過程，獲得球形凸點。第32頁/共47頁2.2.4釘頭凸點第33頁/共47頁2.2.4釘頭凸點釘頭凸點使用標準連接過程以形成凸點，過程如上圖所示。釬料絲的選擇通常要求與UBM要求匹配，可使用金絲或鉛基釬料絲。凸點形成過程與線連接過程相同，不同之處在于絲端成球后，在球上端加熱食指斷開，獲得的凸點形狀多為蘑菇狀或釘頭狀。隨后重熔過程可獲得具有特定高度的球形凸點。第34頁/共47頁2.2.5釬料傳送法第35頁/共47頁2.2.5釬料傳送法先在載板上形成凸點，隨后轉(zhuǎn)移到連接焊盤。在此釬料凸點形成過程中，要求載板材料應與釬料間不可潤濕，多選用硅或耐熱玻璃片，凸點形成前首先沉積一薄層（大約100nm）的金，用以提高釬料與載板間的粘附性，保證在釬料潤濕并轉(zhuǎn)移到焊盤前不與載板分離。第36頁/共47頁2.2.6微球法第37頁/共47頁2.2.6微球法當微球吸附在吸孔處時，由于微球可能被粘附到除吸孔外的其他位置，又由于微球非常輕，若吸孔與其上的微球有間隙沒有良好粘附，則會出現(xiàn)在一個吸孔位置粘附多個微球。為除去多余的微球，而同時準確保持微球在吸孔位置，可采用超聲震蕩工藝。隨后用圖像處理方法來檢查吸孔與微球位置準確性，若發(fā)現(xiàn)多余微球則應去除，缺少微球則添上。第38頁/共47頁2.2.7凸點制作工藝小結(jié)凸點的制作方法有很多,各自適應于特定的要求,都有一定的應用,然而現(xiàn)有各種方法都存在一定的缺點,技術(shù)還不夠成熟。對倒裝芯片技術(shù)來說,盡管與以往的封裝技術(shù)相比有明顯的優(yōu)勢,但要使其得到廣泛的應用,必須使其工藝成本不超過以往的電子封裝技術(shù)。為獲得成本優(yōu)勢,需要新的封裝材料與工藝,而選擇一種合適的凸點制作技術(shù)則是非常重要。現(xiàn)有技術(shù)仍不能完全滿足要求,新的更具有優(yōu)勢的凸點制作技術(shù)仍有待發(fā)展。第39頁/共47頁2.3下填充技術(shù)由于硅芯片、焊料凸點和基板等材料的熱膨脹系數(shù)不匹配，如表3所示，使用過程中很容易因熱失配而造成連接失效。下填充技術(shù)能夠減少硅芯片和基板間熱膨脹失配造成的影響，并能有效地緩沖機械沖擊的損傷程度。其中焊料凸點與焊盤的連接界面處承受著更容易失效的風險，通過下填充可以將芯片、凸點和基板緊緊地黏附在一起，達到重新分配整個芯片上的熱膨脹系數(shù)失配和機械沖擊產(chǎn)生的應力和應變力。下填充提供了一個好的機械連接，大大提高r封裝的可靠性，并且還能防止?jié)駳夂推渌问降恼次?。使用下填充能夠大大提高倒裝連接的壽命，與相同封裝無填充的倒裝比較其使用壽命可以提高5-20倍。第40頁/共47頁2.3倒裝焊封裝器件材料的力學屬性第41頁/共47頁2.3下填充技術(shù)下填充工藝有兩種，底部流動填充和底部不流動填充，應根據(jù)不同的需求選擇合適的填充工藝。底部流動填充工藝，是在毛細表面張力作用下，膠填充芯片和慕板底部空隙之間，膠的流動能夠使芯片和基板之間的氣體盡量驅(qū)除出去，減少氣泡的殘留。芯片與基板之間空隙足夠大，可選用底部流動填充工藝，如果芯片面積特別大或芯片與基板的空隙小可以選擇底部不流動填充工藝，應根據(jù)不同的需要選擇相應的填充工藝。第42頁/共47頁2.3下填充技術(shù)第43頁/共47頁