倒装芯片器件封装

2.2.7 凸点制作工艺小结
• 凸点的制作方法有很多,各自适应于特定的要 求,都有一定的应用,然而现有各种方法都存在 一定的缺点,技术还不够成熟。对倒装芯片技 术来说,尽管与以往的封装技术相比有明显的 优势,但要使其得到广泛的应用,必须使其工艺 成本不超过以往的电子封装技术。为获得成本 优势,需要新的封装材料与工艺,而选择一种合 适的凸点制作技术则是非常重要。现有技术仍 不能完全满足要求,新的更具有优势的凸点制 作技术仍有待发展。
• • • • 1、环氧树脂光固化法 2、各向异性导电胶固化法 3、超声热压倒装芯片焊接法 4、再流倒装芯片焊接法（C4技术）
2.1.1环氧树脂光固化法
• 利用光敏树脂固化时产生的收缩力将凸 点与基板上金属焊区互连在一起，不是 “焊接”，是“机械接触”。
• 光固化的树脂是丙烯基系，紫外光的光 强是500mW/cm2，光照固化时间是 3~5s，芯片上的压力是0.01~0.05N/凸 点
2.1.2各向异性导电胶固化法
• ACA的固化形式有热固型、热塑型和紫 外光固化型（UV）几种。 • 其中，以UV型最佳，热固型次之。 • UV型的固化速度快，无温度梯度，故芯 片和基板均不需加热，因此不用考虑由 UV照射固化产生的微弱能量引起的热不 匹配问题。
2.1.3超声热压倒装芯片焊接 法
2.1.3超声热压倒装芯片焊接 法
• 该方法是使用倒装焊接机完成各种凸点 的焊接，由光学摄像对位系统、捡拾热 压超声焊头、精确定位承片台及显示屏 等组成的精密设备。
2.1.3超声热压倒装芯片焊接 法
2.1.4再流倒装芯片焊接法（ C4技术）
2.1.4再流倒装芯片焊接法（ C4技术）
• 这种焊接方法专对各类Pb-Sn焊料凸点 进行再流焊接，这种FCB技术最早起源 于美国IBM公司，又称C4技术。 • C4技术是国际上最为流行并且最有发展 潜力的焊料凸点制作FCB技术，因为它 可以采用SMT在PWB上直接进行芯片贴 装并倒装焊。
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1.3发展历史
1964倒装芯片出现； 1969年，IBM公司C4技术（可控塌陷技术）； 至今，已广泛应用于SIP,MCM,微处理器，硬盘驱动器以及RFID等领域。
1.4实际应用
2倒装芯片的工艺流程
倒装芯片制凸点 拾取芯片 印刷焊膏或导 电胶
下填充
再流焊或热固 化
贴放芯片
2.1几种典型的倒装芯片焊接 工艺
2.2.5钎料传送法
2.2.5钎料传送法
• 先在载板上形成凸点，随后转移到连接 焊盘。在此钎料凸点形成过程中，要求 载板材料应与钎料间不可润湿，多选用 硅或耐热玻璃片，凸点形成前首先沉积 一薄层（大约100nm）的金，用以提高 钎料与载板间的粘附性，保证在钎料润 湿并转移到焊盘前不与载板分离。
2.2.6微球法
2.2.2印刷法
• 影响模板印刷工艺质量的因素很多，包 括印刷压力、间距高度、环境控制、重 熔温度曲线等参数等。
• 模板制造方法有三种：化学腐蚀、电镀 以及激光切割。化学腐蚀模板比较便宜 ，但精度不高。电镀和激光切割模板精 度高，但是比较贵。
2.2.3电镀法
2.2.3电镀法
• 在电镀法中，形成UBM之后，在焊盘上涂覆 光刻胶以形成凸点图案。如上图，光刻胶可决 定电镀凸点的形状和高度，因此在电镀凸点前 ，要去除光刻胶残渣。在电镀液中焊料电镀后 ，形成的凸点多为蘑菇状。与其他方法相比， 电镀凸点成分及其高度控制比较困难，因此多 选用共晶钎料，如63Sn/37Pb等。电镀后， 去除光刻胶，钎料凸点在进行重熔过程，获得 球形凸点。
2.2.1蒸渡沉积法
2.2.1蒸渡沉积法
• 如上图所示，通常采用金属掩膜来形成 UBM和钎料凸点的形式图案。在形成 UBM后，钎料蒸发而在焊盘上形成凸点 。此时凸点呈锥形，凸点的高度取决于 蒸发钎料量、掩膜高度及其开口尺寸。 通常在蒸发过程之后，要对钎料凸点进 行重熔，以形成球形凸点。
2.2.1蒸渡沉积法
• 还有另外一种蒸渡形式，采用光刻胶代 替掩膜。钎料蒸发并沉积到焊盘和光刻 胶上，在光刻胶和焊盘上沉积的钎料是 不连续的，通过随后取下的光刻胶，则 其上的钎料也被去除，剩余的钎料即形 成钎料凸点。
2.2.2印刷法
2.2.2印刷法
• 现在大量采用的模板印刷方法是通过涂 刷器和模板，将钎料涂刷在焊盘上。目 前广泛应用在200μm~400μm的焊盘间 距印刷。对小间距焊盘，由于模板印刷 不能均匀分配焊料体积，应用受到了限 制。
2.2.4钉头凸点
2.2.4钉头凸点
• 钉头凸点使用标准连接过程以形成凸点 ，过程如上图所示。钎料丝的选择通常 要求与UBM要求匹配，可使用金丝或铅 基钎料丝。凸点形成过程与线连接过程 相同，不同之处在于丝端成球后，在球 上端加热食指断开，获得的凸点形状多 为蘑菇状或钉头状。随后重熔过程可获 得具有特定高度的球形凸点。
2.3下填充技术
展望
• 随着电子封装越来越趋于向更快、更小 、更便宜的方向发展，要求缩小尺寸、 增加性能的同时，必须降低成本。这使 封装业承受巨大的压力，面临的挑战就 是传统SMD封装技术具有的优势以致向 我们证实一场封装技术的革命。
展望
• 虽然倒装技术尚不能在高可靠领域获得 应用，但随着材料、新工艺以及新结构 设计的出现，可靠性得到提高，必将会 在未来得到更广泛的应用。
2.1.4再流倒装芯片焊接法（ C4技术）
• 根据使用的基板不同，相应使用的C4凸 点直径、凸点高度和凸点节距也不同， 典型的尺寸如表：
2.2倒装芯片封装的关键技术
• 在当前倒装芯片不普及,工艺不成熟的状 况下,芯片上凸点成形、芯片倒装焊工艺 和下填充材料的填充工艺就成为应用推 广倒装芯片焊接的技术关键。
1.2倒装芯片的优点
• (1)尺寸小、薄，重量更轻； • (2)密度更高，使用倒装焊技术能增加单 位面积内的I／O数量； • (3)性能提高，短的互连减小了电感，电 阻以及电容，信号完整性、频率特性更 好；
• (4)散热能力提高，倒装芯片没有塑封体 ，芯片背面可用散热片等进行有效的冷 却，使电路的可靠性得到提高； • (5)倒装凸点等制备基本以圆片、芯片为 单位，较单根引线为单位的引线键合互 连来讲，生产效率高，降低了批量封装 的成本；
倒装芯片器件封装技术
Байду номын сангаас
倒装芯片（Flip Chip）
1、发展历史
2、倒装芯片的工艺过程 3、发展趋势
1.1什么是倒装芯片器件封装
倒装芯片器件具有的特点
• 1、基板是硅 • 2、电气面及焊凸在器件下表面 • 3、球间距一般为4~14mil、球径为 2.5~8mil、外形尺寸为1~27mm • 4、组装在基板上后需要做底部填充
2.3倒装焊封装器件材料的力 学属性
2.3下填充技术
• 下填充工艺有两种，底部流动填充和底部不流动填充 ，应根据不同的需求选择合适的填充工艺。底部流动 填充工艺，是在毛细表面张力作用下，胶填充芯片和 慕板底部空隙之间，胶的流动能够使芯片和基板之间 的气体尽量驱除出去，减少气泡的残留。芯片与基板 之间空隙足够大，可选用底部流动填充工艺，如果芯 片面积特别大或芯片与基板的空隙小可以选择底部不 流动填充工艺，应根据不同的需要选择相应的填充工 艺。
2.2.6微球法
• 当微球吸附在吸孔处时，由于微球可能被粘附 到除吸孔外的其他位置，又由于微球非常轻， 若吸孔与其上的微球有间隙没有良好粘附，则 会出现在一个吸孔位置粘附多个微球。为除去 多余的微球，而同时准确保持微球在吸孔位置 ，可采用超声震荡工艺。随后用图像处理方法 来检查吸孔与微球位置准确性，若发现多余微 球则应去除，缺少微球则添上。
2.1.1环氧树脂光固化法
• 工艺步骤：
在基板上涂上光敏树脂 芯片凸点与基板金属焊区对位 贴装
完成芯片倒装焊
加紫外光（UV）并加压固化
2.1.2各向异性导电胶固化法
2.1.2各向异性导电胶固化法
• 过程：先在基板上涂覆各向异性导电胶 （ACA），将带有凸点的IC芯片与基板 上的金属焊区对位后，在芯片上加压进 行ACA固化，这样导电粒子挤压在凸点 与焊区之间，使上下接触导电。
2.3下填充技术
• 由于硅芯片、焊料凸点和基板等材料的热膨胀系数不 匹配，如表3所示，使用过程中很容易因热失配而造 成连接失效。下填充技术能够减少硅芯片和基板间热 膨胀失配造成的影响，并能有效地缓冲机械冲击的损 伤程度。其中焊料凸点与焊盘的连接界面处承受着更 容易失效的风险，通过下填充可以将芯片、凸点和基 板紧紧地黏附在一起，达到重新分配整个芯片上的热 膨胀系数失配和机械冲击产生的应力和应变力。下填 充提供了一个好的机械连接，大大提高r封装的可靠性 ，并且还能防止湿气和其他形式的沾污。使用下填充 能够大大提高倒装连接的寿命，与相同封装无填充的 倒装比较其使用寿命可以提高5-20倍。
2.2倒装芯片封装的关键技术
• 倒装焊(Flip Chip)中的首个凸点制备技术是 IBM公司的C4工艺(Controlled Collaps ChipsConnection)。凸点由蒸发的薄膜金属制 成。随工艺技术和设备的发展，满足不同产品 的需求，凸点制备工艺方法越来越多，不仅有 蒸发／溅射法，还有焊膏印刷-回流法、化镀 法、电镀法，钉头法、置球凸点法(SB2 Jet) 等不同方法，其各有特点。