倒装芯片技术

➢ 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
13
2020/4/19
A
华中科技大学材料学院连接与电子封装中心
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
9
2020/4/19
A
华中科技大学材料学院连接与电子封装中心
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
19
2020/4/19
A
华中科技大学材料学院连接与电子封装中心
不同的倒装芯片焊点
20
2020/4/19
A
华中科技大学材料学院连接与电子封装中心
底部填充与否
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。
21
2020/4/19
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。
8
2020/4/19
A
华中科技大学材料学院连接与电子封装中心
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。
（UBM，under bump metallization）
16
2020/4/19
A
华中科技大学材料学院连接与电子封装中心
第二步: 回流形成凸点
17
2020/4/19
A
华中科技大学材料学院连接与电子封装中心
第三步：倒装芯片组装
18
2020/4/19
A
华中科技大学材料学院连接与电子封装中心
第四步：底部填充与固化
华中科技大学材料学院连接与电子封装中心
电子制造技术基础
吴丰顺 博士/教授 武汉光电国家实验室
光电材料与微纳制造部
华中科技大学材料学院
1
2020/4/19
A
Βιβλιοθήκη Baidu
华中科技大学材料学院连接与电子封装中心
倒装芯片(Flip Chip)技术
2
2020/4/19
A
华中科技大学材料学院连接与电子封装中心
第一部分
倒装芯片简介
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
速度增长，3％的圆片用于倒装芯片凸点。几年后可望超过
20％。
7
2020/4/19
A
华中科技大学材料学院连接与电子封装中心
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 ） 。
5
2020/4/19
A
华中科技大学材料学院连接与电子封装中心
效的冷却。
➢ 低成本：批量的凸点降低了成本。
10
2020/4/19
A
华中科技大学材料学院连接与电子封装中心
I/O 数比较
倒装芯片与扁平封装的引脚数比较
11
2020/4/19
A
信号效果比较
华中科技大学材料学院连接与电子封装中心
12
2020/4/19
A
缺点－01
➢ 裸芯片很难测试
华中科技大学材料学院连接与电子封装中心
A
华中科技大学材料学院连接与电子封装中心
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
22
2020/4/19
A
华中科技大学材料学院连接与电子封装中心
Coffin-Manson 低周疲劳模型
23
2020/4/19
A
华中科技大学材料学院连接与电子封装中心
由此模型可知：
三种晶片级互连方法
6
2020/4/19
A
华中科技大学材料学院连接与电子封装中心
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。
14
2020/4/19
A
华中科技大学材料学院连接与电子封装中心
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
15
2020/4/19
A
华中科技大学材料学院连接与电子封装中心
第一步：凸点下金属化
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
24
2020/4/19
A
华中科技大学材料学院连接与电子封装中心
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。
25
2020/4/19
A
华中科技大学材料学院连接与电子封装中心
3
2020/4/19
A
华中科技大学材料学院连接与电子封装中心
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.
4
2020/4/19
A
华中科技大学材料学院连接与电子封装中心
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。