元器件的互连封装技术-倒装芯片技术
倒装焊接技术
解决途径-新型可修复底部填充材料
为了解决这一问题，目前，越来越多的 研究人员投入到新型可修复底部填充材料的 开发当中，常见的做法是，通过在用作底部 填充材料的环氧树脂中引入某些薄弱的化学 键，使其固化后仍可以再加热或加入化学试 剂后分解，使电子元器件能够返工和循环使 用。
修复过程
修复过程包括以下六步： 1.通过加热或化学处理方法迅速降低底部填充 剂的粘结强度； 2.用芯片拾取装置取下坏芯片； 3.用高速刷净设备去除树脂残留物； 4.对基板进行检测； 5.更换新的芯片； 6.重新进行底部填充。
底部填充的作用
由于有机基板和芯片的热膨胀系数无法 保证完全匹配，导致回流焊和温度循环时在 焊球处产生很大的应力，严重时甚至可能会 引起裂损现象，因此，倒装芯片一般采用底 部填充技术来避免这一问题。
底部填充同时带来的问题
由于当前的技术无法保证所供应的芯 片一定完好，使得一些有缺陷的芯片在倒 装后的测试中才被发现，这时就需要进行 返工修复替换。
倒装焊接技术
演讲人：
倒装芯片的优点
1.消除了对引线键合连接的 要求，缩短了互连距离； 2.提高了输入／输出(I／O)密 度； 3.在电路板上占用空间小； 4.符合当前微电子封装高密 度和小型化的趋势。
倒装芯片主要工艺步骤
• 第一步: 凸点底部金属化 • 第二步：芯片凸点制作 • 第三步：将已经凸点的晶片组装到基板上 • 第四步： 使用非导电填料填充芯片底部孔隙
可修复底部填充技术的技术参数
1.工业应用及固化性能
可修复底部填充技术的技术参数2 Nhomakorabea可靠性可修复底部填充技术的技术参数
3.移除性 芯片的移除是修复环节中极为重要的一步， 通常使用球栅阵列封装(BGA)型的修复设备。 修复时间与温度应保持恒定，且芯片移除过 程不会对基板造成损害。理想的移除温度与 移除过程所需要的时间分别为210 ℃、1 min。
元器件的互连封装技术—引线键合技术
应用范围
低成本、高可靠、高产量等特点使得它成为芯片 互连的主要工艺方法，用于下列封装：
• 陶瓷和塑料BGA、单芯片或者多芯片 • 陶瓷和塑料 (CerQuads and PQFPs) • 芯片尺寸封装 (CSPs) • 板上芯片 (COB)
芯片互连例子
采用引线键合的芯片互连
两种键合焊盘
球形键合
铝合金线为超音波最常见的线材；金线亦可用于超音 波接合，它的应用可以在微波元件的封装中见到。
楔形键合
其穿丝是通过楔形劈刀 背面的一个小孔来实现 的，金属丝与晶片键合 区平面呈30～60°的角 度，当楔形劈刀下降到 焊盘键合区时，楔头将 金属丝按在其表面，采 用超声或者热声焊而完 成键合。
超音波接合只能产生楔形接点(Wedge Bond)。它所能 形成的形成的连线弧度(称为Profile)与接点形状均小于其 他引线键合方法所能完成者。因此适用于焊盘较小、密度 较高的IC晶片的电路连线；但超音波接合的连线必须沿著 金属迴绕的方向排列，不能以第一接点为中心改变方向， 因此在连线过程中必须不断地调整IC晶片与封装基板的位 置以配合导线的迴绕，不仅其因此限制了键合的速度，亦 较不利于大面积晶片的电路连线。
元器件的互连封装技术 —引线键合技术
Review
电子封装始于IC晶片制成之 后，包括IC晶片的粘结固定、电 路连线、密封保护、与电路板之 接合、模组组装到产品完成之间 的所有过程。
电子封装常见的连接方法有 引线键合(wire bonding，WB)、载 带自动焊（tape automated bonding, TAB）与倒装芯片(flip chip, FC)等 三种，倒装芯片也称为反转式晶 片接合或可控制塌陷晶片互连 (controlled collapse chip connection ,C4 ) 。
倒装芯片(FC,Flip-Chip)装配技术
摘要：倒装芯片在产品成本，性能及满足高密度封装等方面体现出优势，它的应用也渐渐成为主流。
由于倒装芯片的尺寸小，要保证高精度高产量高重复性，这给我们传统的设备及工艺带来了挑战。
器件的小型化高密度封装形式越来越多，如多模块封装（MCM ）、系统封装（SiP ）、倒装芯片（FC ，Flip-Chip ）等应用得越来越多。
这些技术的出现更加模糊了一级封装与二级装配之间的界线。
毋庸置疑，随着小型化高密度封装的出现，对高速与高精度装配的要求变得更加关键，相关的组装设备和工艺也更具先进性与高灵活性。
由于倒装芯片比BGA 或CSP 具有更小的外形尺寸、更小的球径和球间距、它对植球工艺、基板技术、材料的兼容性、制造工艺，以及检查设备和方法提出了前所未有的挑战。
倒装芯片的发展历史倒装芯片的定义什么器件被称为倒装芯片？一般来说，这类器件具备以下特点：1. 基材是硅；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。
其实，倒装芯片之所以被称为“倒装”，是相对于传统的金属线键合连接方式（Wire Bonding）与植球后的工艺而言的。
传统的通过金属线键合与基板连接的芯片电气面朝上（图1），而倒装芯片的电气面朝下（图2），相当于将前者翻转过来，故称其为“倒装芯片”。
在圆片（Wafer）上芯片植完球后（图3），需要将其翻转，送入贴片机，便于贴装，也由于这一翻转过程，而被称为“倒装芯片”。
图1图2图3倒装芯片的历史及其应用倒装芯片在1964年开始出现，1969年由IBM发明了倒装芯片的C4工艺（Controlled Collap se Chip Connection，可控坍塌芯片联接）。
过去只是比较少量的特殊应用，近几年倒装芯片已经成为高性能封装的互连方法，它的应用得到比较广泛快速的发展。
目前倒装芯片主要应用在Wi- Fi、SiP、M CM、图像传感器、微处理器、硬盘驱动器、医用传感器，以及RFID等方面（图5）。
cob倒装标准
cob倒装标准
COB（Chip On Board，板上芯片）倒装技术是一种将集成电路芯片倒装焊接在电路板上的工艺。
COB倒装标准主要涉及到倒装芯片的封装、焊接、测试和质量评估等方面。
以下是一般COB倒装标准的主要内容：
1. 芯片封装：芯片封装是为了保护芯片免受外部环境的影响，提高芯片的可靠性和稳定性。
常见的COB封装类型包括塑料封装、金属封装和陶瓷封装等。
2. 倒装工艺：COB倒装工艺通常包括以下步骤：
- 芯片贴片：将封装好的芯片贴在预处理过的电路板上。
- 焊接：使用高温焊接设备将芯片与电路板焊接在一起。
焊接过程需要严格控制温度、时间和焊接压力，以保证焊接质量。
- 清洗：焊接完成后，对芯片和电路板进行清洗，去除残留的焊接剂和焊锡。
3. 测试：COB倒装后，需要对芯片进行功能测试和可靠性试验，确保芯片正常工作。
测试方法包括光学检查、电学测试和可靠性试验等。
4. 质量评估：根据测试结果，对COB倒装芯片的质量进行评估。
评估指标包括焊接强度、芯片性能、可靠性和寿命等。
5. 包装和存储：合格的COB倒装芯片需要进行包装和存储，以防止尘埃、潮湿等环境因素对芯片造成损害。
包装材料应具有防潮、防静电和抗冲击等特点。
需要注意的是，不同的应用场景和客户要求可能会有不同的COB倒装标准。
在实际操作过程中，应根据实际情况制定合适的倒装工艺和质量控制要求。
倒装芯片基板技术
FC技术发明并发展的过程中，陶瓷基板一直在其中扮演着重要角色。
但是，陶瓷基板成本较高。
为了降低成本，近年来人们致力于提高传统低成本层压有机封装基板的性能，使用的方法包括研发多层层压基板、消除基板核心等。
在FC 的三维封装发展中，还应用到硅基板。
1、陶瓷基板陶瓷基板是指将Cu箔在高温下直接键合到陶瓷基片表面上的特殊工艺板，可像印制电路板（Printed Circuit Board，PCB）板一样能刻蚀出各种图形，而且所制成的超薄复合基板具有良好的电绝缘性能、高导热特性和高附着强度。
因此，陶瓷基板已成为大功率电子电路结构技术和互连技术的基础材料。
Al2O3是最常用的陶瓷基板材料，具有优良的机械、热、电性能和化学稳定性，而且原料来源丰富，适用于各种各样的制造技术及不同的形状。
随着元器件尺寸的减小、产品精度要求的提高，直接镀铜陶瓷基板（Direct Plated Ceramic，DPC）成为陶瓷基板发展的一个主要方向。
DPC技术采用薄膜工艺，利用真空溅射、光刻等工艺在陶瓷基底上制作线路，使基板线路更加精确。
DPC 制备工艺温度较低，一定程度上避免了高温对于材料所造成的破坏或尺寸变异等现象，也减小了基板的制备成本。
一般在金属线路深宽比为 1:1 的前提下，DPC金属线路的线径宽度能够达到10μm ~50μm。
图6展示了几种DPC陶瓷基板。
2、有机基板（1）表面层合电路在IBM公司发明SLC技术之前，FC工艺带来的互连密度只有多层陶瓷基板才能提供。
SLC基板不仅可以满足FC工艺的要求，而且成本比陶瓷基板便宜的多，还可以通过对Cu导体和低介电常数绝缘材料的使用来获得更好的电气性能。
SLC是当今非常流行的低成本有机封装基板的基础技术，如图7所示，基板上的叠层（Build-up Layer）通过微孔垂直连接以支持FC互连。
SLC技术有芯板和表面层合电路两个主要部分，芯板由普通环氧树脂玻璃板制成，而SLC层则是在芯板的外层逐次增加由光敏环氧树脂制成的介电层及镀Cu 的导体层，采用叠层法制成，最终实现多层结构的功能。
led倒装芯片封装技术
led倒装芯片封装技术英文回答：## Flip Chip LED Packaging Technology.Flip chip LED packaging technology is a method of mounting LED chips on a printed circuit board (PCB) with the active side of the chip facing down. This technology offers several advantages over traditional surface mount technology (SMT), including:Reduced package height: Flip chip LEDs are much thinner than SMT LEDs, allowing for the creation of thinner and more compact lighting fixtures.Improved thermal performance: The direct thermal contact between the LED chip and the PCB dissipates heat more efficiently, resulting in longer LED life and improved performance.Higher power density: Flip chip LEDs can be packed more densely than SMT LEDs, enabling the creation of high-power lighting fixtures with a smaller footprint.Lower cost: Flip chip LEDs are less expensive to manufacture than SMT LEDs, making them a more cost-effective option for large-scale lighting applications.Flip chip LED packaging technology is typically used in applications where high power density and thermal performance are critical, such as automotive lighting, street lighting, and commercial lighting.### Flip Chip LED Packaging Process.The flip chip LED packaging process involves the following steps:1. Die preparation: The LED chip is prepared by thinning the substrate and applying a solder mask to the active surface.2. Solder ball attachment: Solder balls are attached to the bottom surface of the LED chip using a solder paste.3. Chip placement: The LED chip is placed on the PCB with the solder balls facing down.4. Reflow soldering: The PCB is heated to melt the solder balls and form a permanent connection between the LED chip and the PCB.5. Encapsulation: The LED chip is encapsulated with a protective epoxy to protect it from the environment.### Advantages of Flip Chip LED Packaging Technology.The advantages of flip chip LED packaging technology include:Reduced package height: Flip chip LEDs are muchthinner than SMT LEDs, allowing for the creation of thinner and more compact lighting fixtures.Improved thermal performance: The direct thermal contact between the LED chip and the PCB dissipates heat more efficiently, resulting in longer LED life and improved performance.Higher power density: Flip chip LEDs can be packedmore densely than SMT LEDs, enabling the creation of high-power lighting fixtures with a smaller footprint.Lower cost: Flip chip LEDs are less expensive to manufacture than SMT LEDs, making them a more cost-effective option for large-scale lighting applications.### Disadvantages of Flip Chip LED Packaging Technology.The disadvantages of flip chip LED packaging technology include:Higher assembly cost: The flip chip LED packaging process is more complex than the SMT process, resulting in higher assembly costs.Limited design flexibility: The rigid nature of the flip chip LED package limits design flexibility, making it difficult to create custom lighting fixtures.Reliability concerns: The flip chip LED package is more susceptible to mechanical stress than the SMT package, raising reliability concerns for applications where vibration or shock is a factor.### Conclusion.Flip chip LED packaging technology offers several advantages over traditional SMT, including reduced package height, improved thermal performance, higher power density, and lower cost. However, this technology also has some disadvantages, including higher assembly cost, limited design flexibility, and reliability concerns. Overall, flip chip LED packaging technology is a valuable option for applications where high power density and thermal performance are critical.中文回答：## 倒装芯片LED封装技术。
倒装芯片封装技术详解
倒装芯片封装技术详解倒装芯片封装技术详解芯片封装是电子元器件制造过程中非常关键的一环。
随着科技的不断进步和需求的增长，人们对芯片封装技术的要求也越来越高。
在众多芯片封装技术中，倒装芯片封装技术因其独特的优势而备受关注。
倒装芯片封装技术是一种将芯片颠倒安装于封装基板上的技术。
与传统的芯片封装技术不同，倒装芯片封装技术将芯片反过来安装在基板上，使芯片的焊盘直接与封装基板的焊盘相连。
通过这种方式，可以实现更紧凑、更高性能的封装结构。
使用倒装芯片封装技术有许多优势。
首先，倒装芯片封装技术可以显著减小封装的尺寸。
由于芯片直接安装在基板上，而不需要通过线材等额外的连接结构，因此可以节省空间，使整个封装更为紧凑。
这在如今追求更小型化、轻薄化的电子产品中尤为重要。
其次，倒装芯片封装技术可以提高电子产品的性能。
由于芯片与基板之间的连接更加紧密，电信号的传输速度更快，信号损耗更低。
这对于高频、高速的应用场景尤为重要。
此外，倒装芯片封装技术还可以减小封装与散热介质之间的热阻，提高散热效果，保证芯片的稳定运行。
然而，倒装芯片封装技术也存在一些挑战。
首先，芯片在倒装封装过程中容易受到机械应力的影响，容易出现变形、开裂等问题。
因此，在设计封装结构时需要考虑合理的机械支撑，以保证芯片的安全性。
其次，倒装芯片封装技术的工艺复杂，要求生产线具备高精度的设备和工艺控制能力。
这对于一些中小型企业来说可能是一个挑战。
尽管如此，倒装芯片封装技术的优势依然使其成为电子制造业中的热门技术。
它不仅可以满足产品小型化、高性能化的需求，还能够为电子产品的可靠性和稳定性提供有力保障。
因此，倒装芯片封装技术在移动通信、计算机、消费电子等领域得到了广泛应用。
总的来说，倒装芯片封装技术是一种高级封装技术，具有紧凑、高性能等优势。
尽管面临一些挑战，但随着科技的不断进步，相信倒装芯片封装技术在未来会得到更广泛的应用和发展。
倒装芯片封装技术
倒装芯片封装技术倒装芯片封装技术：将芯片翻转封装的革命性进展引言：随着电子科技的迅猛发展，芯片封装技术也在不断创新。
其中，倒装芯片封装技术作为一项重要的进展，在电子产品设计与制造方面发挥着重要作用。
本文将以倒装芯片封装技术为中心，探讨其原理、发展历程以及在电子领域中的广泛应用。
一、倒装芯片封装技术的原理倒装芯片封装技术，顾名思义，即将芯片翻转后进行封装。
传统的封装方式是将芯片正面朝上，通过焊接或粘接等方式固定在基板上，然后进行封装。
而倒装芯片封装技术则是将芯片翻转180度，使其背面朝上，并通过金线或导电胶等方式与基板连接。
倒装芯片封装技术的核心在于解决芯片尺寸不断减小和功耗不断增加的矛盾。
芯片尺寸的不断缩小使得传统封装方式难以满足对电路布局的要求，而倒装技术使得芯片尺寸最小化，并且能够更好地进行布局，提高电路的性能。
此外，倒装芯片封装技术还能够提高散热效果，减少功耗，提高芯片的可靠性。
二、倒装芯片封装技术的发展历程倒装芯片封装技术起源于1960年代，当时主要用于高可靠性的军事和航天设备中。
随着电子产品的普及和成本的降低，倒装芯片封装技术逐渐应用于民用产品中。
在过去的几十年中，倒装芯片封装技术经历了多次的改进和创新，使得其在电子领域中得到了广泛应用。
在倒装芯片封装技术的发展历程中，主要有以下三个阶段：1.金线倒装封装技术：最早的倒装封装技术采用金线进行芯片与基板之间的连接，这种方式简单、可靠，但是金线间距有限，不适用于高密度集成电路的封装。
2.焊接倒装封装技术：为了解决金线倒装封装技术的局限性，人们引入了焊接倒装封装技术。
这种技术采用焊料将芯片与基板焊接在一起，相比金线倒装技术，焊接倒装技术能够实现更高的密度和更好的散热效果。
3.导电胶倒装封装技术：近年来，随着导电胶技术的成熟，导电胶倒装封装技术成为了倒装芯片封装的主流技术。
导电胶能够实现更高的密度、更低的电阻和更好的散热性能，同时还能够简化制造工艺和降低成本。
半导体封装互连技术详解
1.引言任何一个电子元件，不论是一个三极管还是一个集成电路（Integrated Circuit, IC），想要使用它，都需要把它连入电路里。
一个三极管，只需要在源极、漏极、栅极引出三根线就可以了，然而对于拥有上百或上千个引脚的超大规模集成电路（Very Large Scale Integration Circuit, VLSI）来说，靠这种类似于手动把连线插到面包板的过程是不可能的。
直接把IC连接到（未经封装的集成电路本体，裸片，Die）电路中也是不可能实现的，因为裸片极容易收到外界的温度、杂质和外力的影响，非常容易遭到破坏而失效。
所以电子封装的主要目的就是提供芯片与其他电子元器件的互连以实现电信号的传输，同时提供保护，以便于将芯片安装在电路系统中。
一般的半导体封装都类似于下面的结构，将裸片安装到某个基板上，裸片的引脚通过内部连接路径与基板相连，通过塑封将内部封装好后，基板再通过封装提供的外部连接路径与外部电路相连，实现内部芯片与外界的连接，就像上面两个图一样，裸Die和封装内部复杂的连接等都埋在里面，封装好后就是对外就是一些规整的引脚了。
不论是多复杂的封装，从黑盒的角度来看其实现的基本功能都是一样的，最简单的就是封装一个分立器件，给出几个引脚；复杂一点想要封装具有多个I/O 接口的IC，以及多个IC一起封装，在封装的发展过程中也发展出了很多封装类型和很多技术，比如扇出技术、扇入技术这些。
这些概念和缩写非常多，尤其是当谈到先进封装（Advanced Packaging）的时候，为了实现高密度集成以及快速信号传输这些需求，不得不在每一个地方都发展一些新的技术，很多情况下会把它们都并入到先进封装技术里来介绍，这有时候会引起一些困惑，这里主要整理一下IC封装里的互连技术。
在IC封装种几种典型的互连技术包括引线键合（Wire Bonding，WB）、载带自动焊（Tape-automated Bonding，TAB）、倒装芯片（Flip Chip，FC）、晶圆级封装（Wafer-Level Packaging，WLP）、以及硅通孔（Through Silicon Via，TSV）。
倒装芯片技术【2024版】
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2024/11/8
Prof. Wu Fengshun,
倒装芯片历史
1. IBM1960年研制开发出在芯片上制作凸点的倒装芯片焊接工
艺技术。95Pb5Sn凸点包围着电镀NiAu的铜球。后来制作
PbSn凸点，使用可控塌焊连接（Controlled collapse
Component Connection, C4），无铜球包围。
凸点
热压倒装芯片连接最合适的凸点材料是金，凸点可以通过传 统的电解镀金方法生成，或者采用钉头凸点方法，后者就是 引线键合技术中常用的凸点形成工艺。由于可以采用现成的 引线键合设备，因此无需配备昂贵的凸点加工设备，金引线 中应该加入1% 的Pd ，这样便于卡断凸点上部的引线。凸点 形成过程中，晶圆或者基板应该预热到150～ 200° C。
效的冷却。
➢ 低成本：批量的凸点降低了成本。
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2024/11/8
Prof. Wu Fengshun,
I/O 数比较
倒装芯片与扁平封装的引脚数比较
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2024/11/8
Prof. Wu Fengshun,
信号效果比较
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2024/11/8
Prof. Wu Fengshun,
缺点－01
➢ 裸芯片很难测试
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2024/11/8
Prof. Wu Fengshun,
生产问题
倒装芯片的连接头应该能够产生300°C 的连接温 度， 要有较高的平行对准精度，为了防止半导体材料 发生损伤，施加压力时应该保持一定的梯度。在热压倒 装芯片连接中，凸点发生变形是不可避免的，这也是形 成良好连接所必需的。另外，连接压力和温度应该尽可 能低，以免芯片和基板损坏。
电子制造技术基础
倒装芯片资料
应用领域不断拓展
技术创新驱动发展
• 随着电子产品对高性能、高集成度
• 倒装芯片技术在物联网、人工智能、
• 倒装芯片技术将不断创新，提高性
的要求不断提高，倒装芯片市场需求
大数据等领域具有广泛的应用前景
能，降低成本，推动电子产业发展
持续增长
02
倒装芯片的工艺流程
芯片设计与制程
芯片设计
芯片制程
• 采用EDA工具进行芯片电路设计和布局优化
高频特性
• 降低信号传输损耗，提
优良的热性能
高信号完整性
• 提高通信速率和效率
• 降低热阻，提高散热效
果
• 提高芯片稳定性和寿命
倒装芯片的生产成本分析
成本优势
• 减少芯片和基板间的连接部件，降低生产成本
• 提高生产效率，降低生产成本
投资成本
• 倒装芯片技术对生产设备要求较高，初期投资成本较高
• 技术研发和生产过程中需要投入大量人力和物力
基站设备
• 倒装芯片技术提高基站设备的集成度和性能
• 降低设备成本和体积，提高设备部署效率
传输设备
• 倒装芯片技术提高传输设备的信号传输速率和稳定性
• 降低设备功耗，提高设备寿命
倒装芯片在汽车电子领域的应用
发动机控制单元
传感器系统
• 倒装芯片技术提高发动机控制单元的集成度和性能
• 倒装芯片技术提高传感器系统的灵敏度和稳定性
• 采用光刻、刻蚀等工艺制作芯片电路
• 设计焊盘和连接孔，实现芯片与基板的连接
• 制备氧化铝等绝缘层，保护芯片电路
芯片倒装与焊接技术
芯片倒装
• 将芯片活性面朝下，与基板进行精确对位
倒装芯片
倒装芯片
CHIP
Market
Period III
F L I P
行业情况
●璨圆2013年也积极推广其芯片级封装产 品，同样以flip chip为基础，在制程中省略导线 架与打线等步骤。 ●隆达将其芯片级封装CSP(Chip Scale Package)产品在上游晶粒也采用覆晶技术，也 同样省略导线架，幵简化封装流程。 ●Philips Lumileds推出的CSP产品 LUXEON Q就采用flip chip技术，不需在后段制 程中移除蓝宝石基板。 ●CREE的XQ-E LED产品也同样采CSP技 术，将芯片面积大幅缩小，其微型化设计可以 提升光调色品质与光学控制，扩大照明应用范 围。 综合各企业产品，共同的特点是采用倒装芯 片，使体积更小，光学、热学性能更好，同时 因省略了导线架与打线的步骤，使其后道工序 更加便捷。
部分企业的芯片级封装产品： ●晶电的芯片级封装产品称为ELC(Embedded LED Chip)，制程中完成芯片生产后，仅 需要涂布荧光粉与采用封装胶，省略导线架与打线的步骤，可以直接贴片(SMT)使用，ELC 产品在没有导线架的情况下，发光角度较大，未来可能省略二次光学透镜的使用。 ●台积固态照明则的芯片级封装产品名为PoD(Phosphor on die)，直接将flip chip(覆晶)芯 片打在散热基板上，省略导线架与打线等步骤，同样主打小体积，拥有更高的光通量和更大 的发光角度，幵且可以更容易混色与调控色温特性，适用于非指向性光源应用。
随着上游芯片产能不断扩产，封装行业已经步入微利时代，许多企 业为了抢夺客户大打价格牌，激烈的价格竞争和无序的业内生态链促使行 业开始需求新的封装工艺。而具有提升发光效率以及提高散热能力等优势 的倒装LED芯片技术的革新与应用正是当今封装企业专注研发的重点。
FC、BGA、CSP三种封装技术。
最早的表面安装技术——倒装芯片封装技术（FC）形成于20世纪60年代，同时也是最早的球栅阵列封装技术（BGA）和最早的芯片规模封装技术（CSP）。
倒装芯片封装技术为1960年IBM公司所开发，为了降低成本，提高速度，提高组件可靠性，FC使用在第1层芯片与载板接合封装，封装方式为芯片正面朝下向基板，无需引线键合，形成最短电路，降低电阻；采用金属球连接，缩小了封装尺寸，改善电性表现，解决了BGA为增加引脚数而需扩大体积的困扰。
再者，FC通常应用在时脉较高的CPU或高频RF上，以获得更好的效能，与传统速度较慢的引线键合技术相比，FC更适合应用在高脚数、小型化、多功能、高速度趋势IC的产品中。
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。
2 IBM的FCIBM公司首次成功地实施直接芯片粘接技术（DCA），把铜球焊接到IC焊盘上，就像当今的BGA 封装结构。
图1示出了早期固态芯片倒装片示意图。
IBM公司继续采用铜球技术并寻求更高生产率的方法，最终选择的方案为锡-铅焊料的真空淀积。
为了形成被回流焊进入球凸点的柱状物，应通过掩模使焊料淀积。
由于淀积是在圆片级状况下完成的，因而此过程获得了良好的生产率。
这种凸点倒装芯片被称为C4技术（可控塌陷芯片连接）一直在IBM公司和别的生产厂家使用几十年，并保持着高的可靠性记录。
虽然C4在更快和更小方面显得格外突出，但是呈现出更节省成本方面的不足。
与C4相关的两个重要的经济问题是：形成凸点的成本和昂贵的陶瓷电路的各项要求。
然而，正确的形成凸点技术及连接技术能够提供更进一步探求较低成本的因素。
3 形成凸点技术凸点形成技术分为几个简单的类型，即淀积金属、机械焊接、基于聚合物的胶粘剂以及别的组合物。
最初的C4高铅含量焊料凸点，熔点在300℃以上，被低共熔焊料和胶粘剂代替，从而使压焊温度下降到易于有机PCB承受的范围。
倒装芯片介绍
Source: Philips
一、倒装芯片技术
定义：
倒装芯片组装就是通过芯片上的凸点直接将元器件朝下 互连到基板、载体或者电路板上，芯片直接通过凸点直 接连接基板和载体上,整个芯片称为倒装芯片(Flip Chip)。
普通激光切割后wafer侧面
劈裂后wafer侧面
隐形激光切割后wafer侧面
三、工艺流程简介
Wafer 扩张：
Wafer扩张是将已经分离开的晶粒之间的距离变大，利于后面测试和分级设备 工作。
三、工艺流程简介
自动外观检测：
自动外观检测是通过AOI设备 对芯片的外观缺陷判定，尽可能 避免分级过程中外观坏品混入好 品当中。 常见的外观不良有：电极污染、 电极缺损、电极划伤、ITO区域 污染、切割不良等
曝光（MPA & STEPPER）
图1：Coating设备
显影（Developer）
图3：显微镜
检查（Inspection） 图2：Develop设备
黄光工艺流程及常见缺陷
Epi Partical
Photo defect
Scratch
Mask defect
Under develop
三、工艺流程简介
蓝宝石特性
在低于熔点温度范围内, 仍具有良好的化学稳定性和机械、物理等性能； 光学透过范围宽, 特别在1 500~7500 nm, 透过率达85%； 有与纤锌矿III 族氮化物相同的对称性, 故用于GaN 的外延衬底材料。
三、工艺流程简介
图形化蓝宝石衬底技术：
倒装芯片技术分析
倒装芯片技术分析摘要倒装芯片封装技术(fc)是由ibm公司在上个世纪60年代开发的,即将芯片正面朝下向基板进行封装。
本文论述了倒装芯片技术的优点,并对其凸点形成技术、测试技术、压焊技术和下填充技术进行了分析,为倒装芯片技术的发展提供借鉴。
关键词倒装芯片技术;优点;凸点技术;测试技术;压焊技术;下填充技术中图分类号tn43 文献标识码a 文章编号1674-6708(2010)25-0169-020 引言倒装芯片封装技术(fc)是由ibm公司在上个世纪60年代开发的,即将芯片正面朝下向基板进行封装。
15年前,几乎所有封装采用的都是引线键合,如今倒装芯片技术正在逐步取代引线键合的位置,这种封装方式无需引线键合,因此可以形成最短电路,从而降低电阻;并且采用金属球进行连接可以缩小封装尺寸,改善电性表现,从而解决了bga为增加引脚数而需扩大体积的困扰。
采用倒装芯片封装技术可以降低生产成本,提高速度及组件的可靠性。
1 倒装芯片技术的优点1.1 完整性、可靠性强倒装芯片相当于一个完全封装的芯片,它是由锡球下的冶金与芯片钝化层密封的,并提供下一级封装的内连接结构。
将一个构造合理的倒装芯片安装在适当载体上用于内连接,即使没有其他灌封,该载体也可以满足所有可靠性要求。
1.2 自我对准能力强在锡球回流时,焊锡受表面张力的作用,可以自动纠正芯片微小的对准偏差,从而提供了装配制造的合格率。
同时倒装芯片技术也提供低电感,在高频应用中起到至关重要的作用。
1.3 将电源带入芯片的每个象限倒装芯片技术可以将电源带入芯片的每个象限,即在整个芯片面积上,其电流是均匀分布的。
1.4 成本低廉倒装芯片技术消除了封装并减小了芯片的尺寸,因此节省了硅的使用量,降低了制作成本。
2 倒装芯片技术分析2.1 形成凸点技术凸点形成技术可以分为淀积金属、机械焊接、基于聚合物的胶粘剂等几个类型。
1)金属电镀技术一般是在电镀槽里,把基片当作阴极,利用静态电流或者脉冲电流来完成焊料的电镀。
芯片互连 - 倒装键合
利用树脂的收缩应力，FCB为机械接触，不加热应力小。 适于微小凸点芯片FCB
避免横向导电短路 UV光固化
导电粒子压缩在凸点与基板金属焊区间，只上下导电。 适于各类要求低温度的显示器COC的FCB。
倒装键合的特点
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(6) 借助于凸点与基板焊区直接焊接。这样就省略了互连线，由互连线产生 的杂散电容和电感要比WB和TAB小得多，因此适合于高频、高速电路和高密 度组装的应用。 缺点： (1) 需要精选芯片 (2) 安装互连工艺有难度，芯片朝下，焊点检查困难 (3) 凸点制作工艺复杂，成本高 (4) 散热能力有待提高
感谢聆听！
凸点制作工艺很多,如蒸发/溅射法、焊膏印刷一回流法、化镀法、电镀法、钉 头法、置球凸点法(SB2- Jet)等。
各种凸点制作工艺各有其特点，关键是要保证凸点的一致性。特别是随着芯片 引脚数的增多以及对芯片尺寸缩小要求的提高，凸点尺寸及其间距越来越小，制 作凸点时又不能损伤脆弱的芯片。
现在主流应用的凸点制作方法是印刷/转写—搭载—回流法。该方法是通过网 板印刷或针转写的方式把助焊剂涂到芯片表面后，通过搭载头把锡球放置到涂有 助焊剂的焊点上，再进入回转炉固化。
凸点制作方法对比
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倒装键合关键技术
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倒装焊
倒装焊技术主要有熔焊、热压焊、超声焊、胶粘连接等。现在应用较 多的有热压焊和超声焊。常用方法有：热压FCB法；再流FCB法(C4)；环氧 树脂光固化FCB法；各向异性导电胶粘接FCB法。
热压焊接工艺要求在把芯片贴放到基板上时，同时加压加热。该方法 的优点是工艺简单，工艺温度低，无需使用焊剂，可以实现细间距连接； 缺点是热压压力较大，仅适用于刚性基底(如氧化铝或硅)，基板必须保证高 的平整度，热压头也要有高的平行度。为避免半导体材料受到不必要的损 害，设备施加压力要有精确的梯度控制能力ontents
微电子技术之倒装芯片技术
微电子技术之倒装芯片技术倒装芯片是一种无引脚结构，一般含有电路单元。
设计用于通过适当数量的位于其面上的锡球(导电性粘合剂所覆盖)，在电气上和机械上连接于电路。
在微电子领域中起着重要的作用，是微电子大家庭中不可缺少的一员。
倒装芯片英文名为Flip chip。
其起源于60年代，由IBM率先研发出，具体原理是在I/Opad 上沉积锡铅球，然后将芯片翻转加热利用熔融的锡铅球与陶瓷板相结合，此技术已替换常规的打线接合，逐渐成为未来封装潮流。
Flip Chip既是一种芯片互连技术，又是一种理想的芯片粘接技术．早在30年前IBM公司已研发使用了这项技术。
但直到近几年来，Flip-Chip 已成为高端器件及高密度封装领域中经常采用的封装形式。
今天，Flip-Chip封装技术的应用范围日益广泛，封装形式更趋多样化，对Flip-Chip封装技术的要求也随之提高。
同时，Flip-Chip也向制造者提出了一系列新的严峻挑战，为这项复杂的技术提供封装，组装及测试的可靠支持。
以往的一级封闭技术都是将芯片的有源区面朝上，背对基板和贴后键合，如引线健合和载带自动健全（TAB）。
FC则将芯片有源区面对基板，通过芯片上呈阵列排列的焊料凸点实现芯片与衬底的互连．硅片直接以倒扣方式安装到PCB从硅片向四周引出I/O，互联的长度大大缩短，减小了RC延迟，有效地提高了电性能．显然，这种芯片互连方式能提供更高的I/O密度．倒装占有面积几乎与芯片大小一致．在所有表面安装技术中，倒装芯片可以达到最小、最薄的封装。
其次倒装芯片技术是芯片以凸点阵列结构与基板直接安装互连的一种方法。
不仅如此倒装芯片是在在I/O pad上沉积锡铅球，然后将芯片翻转加热利用熔融的锡铅球与陶瓷机板相结合此技术替换常规打线接合，逐渐成为未来的封装主流，当前主要应用于高时脉的CPU、GPU(GraphicProcessor Unit)及Chipset 等产品为主。
与COB相比，该封装形式的芯片结构和I/O端（锡球）方向朝下，由于I/O引出端分布于整个芯片表面，故在封装密度和处理速度上Flip chip已达到顶峰，特别是它可以采用类似SMT技术的手段来加工，因此是芯片封装技术及高密度安装的最终方向。
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第四步：底部填充与固化
不同的倒装芯片焊点
有各种不同的倒装芯片互连工艺，但是其结构基本特点 都是芯片面朝下，而连接则使用金属凸点。而最终差别就是使 用底部填充与否。
不同的倒装芯片连接方法
1. 焊料焊接 2. 热压焊接 3. 热声焊接 4. 粘胶连接
Coffin-Manson 低周疲劳模型
由此模型可知：
要提高可靠性必须要求：
➢ 更高的焊点高度 ➢ 更小的晶片 ➢ 器件与基板的热膨胀系数（Coefficient of Thermal Expansion, CTE）相配 ➢ 小的工作温度变化范围
倒装芯片工艺：通过焊料焊接－01
焊料沉积在基板焊盘上： 对于细间距连接，焊料科通过电镀、焊料溅射或者 固体焊料等沉积方法。 很粘的焊剂可通过直接涂覆到基板上或者用芯片凸 点浸入的方法来保证粘附。 对于加大的间距（>0.4 mm ），可用模板印刷焊膏。
Flat tail bump
Raised cross bump Crossed slots bump
Stacked bump
若干问题
在某些情况下，如显示器中的玻璃上芯片(chip-on-glass， COG)，采用焊接连接并不是最合适的选择，而应该考虑采用其 它替代方法。大多数不采用焊接的倒装芯片技术中，芯片是采用 导电胶或者热压、热声的方法连接到基板上的。这些方法的优点 是：
元器件的互连封装技术
——倒装芯片技术
第一部分
倒装芯片简介
倒装芯片示意图
在典型的倒装芯片封装中, 芯片通过3到5个密耳 (mil)厚的焊料凸点连接到芯片载体上，底部填 充材料用来保护焊料凸点.
什么是倒装芯片？
倒装芯片组装就是通过芯片上的凸点直接将元器件朝 下互连到基板、载体或者电路板上。而导线键合是将芯片的 面朝上。
倒装芯片工艺：通过焊料焊接 －02
回流焊接： 芯片凸点放置于沉积了焊膏或者焊剂的焊盘上，整个 基板浸入再流焊炉。
清洗 ：焊剂残留。 测试：由于固化后不能维修，所以在填充前要进行测试。 底部填充：
通过挤压将低粘度的环氧类物质填充到芯片底部，然 后加热固化。
步 骤 示 意 图
底部填充示意图
倒装芯片工艺－通过热压焊接
I/O 数比较
信号效果比较
缺点－01
➢ 裸芯片很难测试 ➢ 凸点芯片适应性有限 ➢ 随着间距地减小和引脚数的增多导致PCB技术 面临挑战 ➢ 必须使用X射线检测设备检测不可见的焊点 ➢ 和SMT工艺相容性较差
缺点－02
➢ 操作夹持裸晶片比较困难 ➢ 要求很高的组装精度 ➢ 目前使用底部填充要求一定的固化时间 ➢ 有些基板可靠性较低 ➢ 维修很困难或者不可能
技术。95Pb5Sn凸点包围着电镀NiAu的铜球。后来制作PbSn凸 点，使用可控塌焊连接（Controlled collapse Component Connection, C4），无铜球包围。
2. Philoc－ford等公司制作出Ag－Sn凸点 3. Fairchield——Al凸点 4. Amelco——Au凸点 5. 目前全世界的倒装芯片消耗量超过年60万片，且以约50％的速
ห้องสมุดไป่ตู้ 基板金属化
基板上的焊盘必须进行适当地金属化，例如镀 金，以便于实现连接。另外，基板应该非常平整。
凸点
热压倒装芯片连接最合适的凸点材料是金，凸点可以通 过传统的电解镀金方法生成，或者采用钉头凸点方法，后者 就是引线键合技术中常用的凸点形成工艺。由于可以采用现 成的引线键合设备，因此无需配备昂贵的凸点加工设备，金 引线中应该加入1% 的Pd ，这样便于卡断凸点上部的引线。 凸点形成过程中，晶圆或者基板应该预热到150～ 200° C。
倒装芯片元件是主要用于半导体设备；而有些元件， 如无源滤波器，探测天线，存储器装备也开始使用倒装芯片 技术，由于芯片直接通过凸点直接连接基板和载体上，因此， 更确切的说，倒装芯片也叫DCA （ Direct Chip Attach ）。
三种晶片级互连方法
倒装芯片历史
1. IBM1960年研制开发出在芯片上制作凸点的倒装芯片焊接工艺
钉头金凸点
SBB（Stud Bond Bump）
Gold wire
钉头金凸点制作
Gold ball Ball bonding
Wire breaking
Gold stud bump Coining (level)
Gold stud
钉头金凸点制作
Coining (level)
模压 脱模
Variation
在热压连接工艺中，芯片的凸点是通过加热、加压的 方法连接到基板的焊盘上。该工艺要求芯片或者基板上的凸 点为金凸点，同时还要有一个可与凸点连接的表面，如金或 铝。对于金凸点，一般连接温度在300 ° C 左右，这样才能 是材料充分软化，同时促进连接过程中的扩散作用。
热压与热声倒装芯片示意图
热压和热声倒装芯片连接原理示意图
优点－02
➢ 性能增加: 短的互连减小了电感、电阻以及电容，保证了信 号延迟减少、较好的高频率、以及从晶片背面较好的热通道。 ➢ 提高了可靠性: 大芯片的环氧填充确保了高可靠性。 倒装芯 片可减少三分之二的互连引脚数。 ➢ 提高了散热热能力：倒装芯片没有塑封，芯片背面可进行有 效的冷却。 ➢ 低成本：批量的凸点降低了成本。
倒装芯片工艺概述
主要工艺步骤： 第一步： 凸点底部金属化 (UBM) 第二步：芯片凸点 第三步：将已经凸点的晶片组装到基板／板卡上 第四步：使用非导电材料填充芯片底部孔隙
第一步：凸点下金属化
（UBM，under bump metallization）
第二步: 回流形成凸点
第三步：倒装芯片组装
度增长,3％的圆片用于倒装芯片凸点。几年后可望超过20％。
为什么使用倒装芯片?
倒装芯片技术的兴起是由于与其他的技术相比 ，在尺寸、外观、柔性、可靠性、以及成本等方面有 很大的优势。今天倒装芯片广泛用于电子表，手机， 便携机 ，磁盘、耳机，LCD以及大型机等各种电子 产品上。
优点－01
➢ 小尺寸: 小的IC引脚图形 (只有扁平封装的5％）减小了高 度和重量。 ➢ 功能增强: 使用倒装芯片能增加I/O 的数量。I/O 不像导线 键合中出于四周而收到数量的限制。面阵列使得在更小的空 间里进行更多信号、功率以及电源等地互连。一般的倒装芯 片焊盘可达400个。