1.倒装芯片焊接的概念
倒装芯片焊接(Flip-chipBonding)技术是一种新兴的微
电子封装技术,它将工作面(有源区面)上制有凸点电极的芯片朝下,与基板布线层直接键合。
2.倒装芯片焊接的特点
与传统的引线键合技术(WireBonding)相比,倒装芯片焊接技术键合焊区的凸点电极不仅仅沿芯片四周边缘分布,而是可以通过再布线实现面阵分布。因而倒装芯片焊接技术具有如下优点:
(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。
3.倒装芯片焊接的工艺流程
倒装芯片焊接的一般工艺流程为
(1)芯片上凸点制作;
(2)拾取芯片;
(3)印刷焊膏或导电胶;
(4)倒装焊接(贴放芯片);
(5)再流焊或热固化(或紫外固化);
(6)下填充。
4.倒装芯片焊接的关键技术
芯片上制作凸点和芯片倒装焊工艺是推广倒装芯片焊接的技术关键。
(1)凸点制作
凸点制作工艺很多,如蒸发/溅射法、焊膏印刷-回流法、化镀法、电镀法、钉头法、置球凸点法(SB2-Jet)等。各种凸点制作工艺其各有特点,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助焊剂上,再进入回转炉固化。
(2)倒装焊接
倒装技术主要有熔焊、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。
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对准精度。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。
超声热压焊连接是将超声波应用在热压连接中,使焊接过程更加快速。超声波的引入使连接材料迅速软化,易于实现塑性变形。热超声的优点是可以降低连接温度,缩短加工处理的时间。缺点是可能在硅片上形成小的凹坑,主要是由于超声震动过强造成的。该方法主要适用于金凸点、镀金焊盘的组合。