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倒裝芯片
閱讀�9234�(shí)間:2011-03-17 13:33:11

  倒裝芯片SMT(表面組裝技�(shù))行�(yè)也稱為裸芯片�CSP(芯片級封裝技�(shù))是在裸芯片的基�(chǔ)上加上外包裝形成我們常見的包裝形式。而倒裝芯片是沒有通過CSP的外包裝直接拿到SMT加工�,因?yàn)槁阈酒挠|電都在背面所以SMT焊接�(shí)要將芯片反過來(相對CSP)貼裝焊接所以稱為“倒裝芯片”�

技�(shù)的簡�

  最早的表面安裝技�(shù)--倒裝芯片封裝技�(shù)(FC)形成于20世紀(jì)60年代,同�(shí)也是最早的球柵陣列封裝技�(shù)(BGA)和最早的芯片�(guī)模封裝技�(shù)(CSP��

  倒裝芯片封裝技�(shù)�1960年IBM公司所開發(fā),為了降低成本,提高速度,提高組件可靠�,F(xiàn)C使用在第1層芯片與載板接合封裝,封裝方式為芯片正面朝下向基�,無需引線鍵合,形成最短電�,降低電�;采用金屬球連接,縮小了封裝尺寸,改善電性表�(xiàn),解決了BGA為增加引腳數(shù)而需�(kuò)大體積的困擾。再�,F(xiàn)C通常�(yīng)用在�(shí)脈較高的CPU或高頻RF�,以獲得更好的效能,與傳�(tǒng)速度較慢的引線鍵合技�(shù)相比,F(xiàn)C更適合應(yīng)用在高腳�(shù)、小型化、多功能、高速度趨勢IC的產(chǎn)品中�

技�(shù)

  1.形成凸點(diǎn)技�(shù)

  凸點(diǎn)形成技�(shù)分為幾�(gè)簡單的類�,即淀積金�、機(jī)械焊�、基于聚合物的膠粘劑以及別的組合物。最初的C4高鉛含量焊料凸點(diǎn),熔�(diǎn)�300℃以�,被低共熔焊料和膠粘劑代�,從而使壓焊溫度下降到易于有�(jī)PCB承受的范�。然而,如果低共熔焊膏作為接合材料使�,那么C4仍可用于FR-4上�

  1.1 �(jī)械形成凸�(diǎn)技�(shù)

  十多年前,IBM公司和K&S公司開發(fā)了球凸點(diǎn)形成工藝技�(shù),稱為柱式凸�(diǎn)形成技�(shù)。此工藝過程首先涉及到對鋁芯片載體的球壓焊技�(shù),接著把焊絲拉到斷裂�(diǎn),形成有短尾部的凸點(diǎn)。為了在球附近形成光滑的斷裂口,可使用含�1%鉑的金絲。焊料和別的金屬也是起作用的。很多改變是明顯�,包括平面性方面的凸點(diǎn)精壓技�(shù)和更�、更�(fù)雜的金屬化的雙凸�(diǎn)形成技�(shù)。柱式凸�(diǎn)形成技�(shù),長期使用于試制形式。由于通過引線鍵合�(jī)獲得了驚人的速度,已移入生產(chǎn)模式。金和金凸點(diǎn)及焊料凸�(diǎn)均被�(shí)�。Delco公司和K&S公司�(lián)合生�(chǎn)柱式凸點(diǎn)的倒裝芯片�(chǎn)品,別的公司在不�(yuǎn)的將來預(yù)�(jì)生產(chǎn)凸點(diǎn)芯片�

  1.2 金屬電鍍技�(shù)

  電鍍技�(shù)要求首先形成總線接頭,選擇電鍍掩模,并用于TAB的金凸點(diǎn)芯片技�(shù)。雖然通過在晶圓片上方汽相淀積金�,在典型狀況下形成總線,但是總線必須能被清�。再者,必須提供光成像電鍍保�(hù)�,在電鍍之前成像并顯影。很多步驟和精確的電鍍掩模工藝的要求增加了成本和不便因素�

  化學(xué)鍍是無掩模和無總線的方法,看上去是一種較好的方法。該技�(shù)已廣泛地�(yīng)用于印刷電路行業(yè),但是化�(xué)形成凸點(diǎn)的技�(shù)僅僅是近年來才應(yīng)用于倒裝芯片�?;瘜W(xué)鍍鎳,也許由于其非常精確的化�(xué)性質(zhì),已呈現(xiàn)為首要的且普遍的化學(xué)倒裝片凸�(diǎn)技�(shù)工藝。如果鋁沒有直接與鎳一起電鍍,就可使用中間浸液電鍍鋅技�(shù)。圖2示出了最普遍的鎳凸點(diǎn)技�(shù)順序。注意到在典型狀況下,鎳受到薄的、易于產(chǎn)生浸液的金涂層保�(hù)。形成的金毛刺適于焊接及膠粘劑壓��

  化學(xué)鍍鎳凸點(diǎn)技�(shù)工藝簡單,成本低,是主要的倒裝芯片凸點(diǎn)工藝??衫煤芏喾椒?,包括把焊料�(yīng)用于凸點(diǎn)及液體噴�。對倒裝片而言,開�(fā)化學(xué)焊料電鍍技�(shù)是可行的�

  1.3 聚合物凸�(diǎn)技�(shù)

  兩種各向同性的�(dǎo)電膠粘劑,在所有的軸上�(dǎo)電是均一�。各向異性的(Z軸)膠粘�,具有間接的�(dǎo)電�,可�(yīng)用于形成凸點(diǎn)芯片及壓�。因?yàn)楦鞣N膠粘劑還不能直接用在鋁上,所以通常把它們應(yīng)用于金焊�。采用聚合物倒裝芯片方法,在晶圓片級狀況下可把�(dǎo)電膠用模板印��

  2. 測試技�(shù)

  IBM公司通過對測試電路有限區(qū)域焊�,測試C4�(chǎn)品,并用�(jī)械的方法斷開臨時(shí)接線。雖然由于變形,對共晶焊料凸�(diǎn)芯片測試和老化仍然是�(gè)問題。新的接口技�(shù)�(yù)�(jì)允許共晶凸點(diǎn)的測試和老化�

  3. 壓焊技�(shù)

  共晶焊料�(gòu)成的凸點(diǎn),包含壓焊和連接材料。用免清洗焊劑涂覆凸�(diǎn),并置于板上像普通的SMD元件一樣�(jìn)行焊料回�。幾種拾-放機(jī)可提供焊�,使用的是“焊劑熔解輪�。僅對凸�(diǎn)提供焊劑是較難的,特別是�(dāng)使用下填充物�(shí),此熔解輪將被用來給凸點(diǎn)和導(dǎo)電膠提供焊膏�

  不熔的芯型凸�(diǎn),諸如鎳凸點(diǎn),要求增加連接材料作為組裝工藝過程的一部分??砂押噶线M(jìn)行絲�(wǎng)印刷、模板印刷或針式分配到電路載體上,接著放置芯片并�(jìn)行焊料回�。把SMD和倒裝片一起裝配到陶瓷上是可行�,此方法可應(yīng)用于汽車電子行業(yè)�

  使用印刷或分配方法可把導(dǎo)電膠提供給電路載體或凸點(diǎn),一種令人感興趣的方�,即聚合物浸涂芯片法(PDC)。使用裝滿粘附膏的“焊劑熔解輪�,在旋轉(zhuǎn)盤或別的儲層的外面涂覆膠粘劑,厚度略小于凸點(diǎn)高度。把芯片放入膏中并用粘著凸點(diǎn)的膠粘劑抽出,把倒裝芯片置于電路上并�(jìn)行膠粘劑固化�

  4.下填充技�(shù)

  假定描述的低成本凸點(diǎn)形成技�(shù)和壓焊方法能夠獲得低成本、小尺寸和高速率,那么可靠性狀況怎樣�?硅�<3×10-6/℃)和有�(jī)基板�18�50×10-6/℃)之間的熱�(jī)失配狀況如何?此類問題的解決方法是令人高興�,既簡單又節(jié)省成�。填入下填充物材料聚合物(如�3�,下填充物是簡單的被填在PCB和已壓焊芯片之間的一種填充的礦物膠粘劑合成物。組裝和測試之后,通過毛細(xì)作用在芯片間隙之下把液態(tài)材料�(jìn)行塑�。下填充物被分配到芯片的一面或兩面,產(chǎn)品能夠在幾秒鐘內(nèi)在典型的250密耳芯片下塑流。通過在發(fā)生初始配料處的芯片的對側(cè)�,提供更多的下填充物,可有選擇地形成凸焊�。接�,把下填充物硬化成為加強(qiáng)�(yàn)收等級的熱循�(huán)性能�(jié)�(gòu)�

  把硅器件直接壓焊到有�(jī)電路上將�(chǎn)生危�(xiǎn)的熱�(jī)�(yīng)力和熱機(jī)疲勞。在每�(gè)熱循�(huán)階段,PCB將比硅以更高的速率�(kuò)展并收縮。當(dāng)在熱循環(huán)期間�(fā)生變形時(shí),焊接材料諸如倒裝片上的焊料凸�(diǎn)將經(jīng)歷加工硬化和加工蛻化過程。通過集中�(yīng)�,極低的凸點(diǎn)高度�1~4密耳)加重了這一問題�

  在倒裝片和PCB之間加入下填充物可靠性提高了一�(gè)�(shù)量級或更�。最簡單的解釋為,經(jīng)過硬化的下填充物把板移動定位在硅芯片的移動上。低膨脹、極高模量無�(jī)硅至少在表面上成為限制有�(jī)PCB膨脹的約束力。下填充物必須是相對�(jiān)硬的、高模量的和能夠把硅及PCB固定在一起的材料。下填充物的熱膨脹系�(shù)�(yīng)該接近于焊接材料的熱膨脹系數(shù),對焊料而言�25×10-6/�。如果下填充物的熱膨脹系�(shù)(CTE)太高或太低,都將產(chǎn)生垂直應(yīng)力,并且焊接將失�。可通過給聚合物系統(tǒng)增加礦物填充劑,�(diào)整CTE�

�(yōu)�(diǎn)

  倒裝芯片是現(xiàn)在最常見的一種高連接密度芯片尺寸封裝CSP。在FC(倒裝芯片封裝技�(shù))中,芯片倒扣在封裝襯底上,互連凸�(diǎn)陣列分布于硅片表�,取代了金屬絲壓焊連接,屬于一種面陣列封裝。與常規(guī)的引線鍵合相�,F(xiàn)C最主要的優(yōu)�(diǎn)為:

 ?、贀碛忻芏鹊�/O �(shù)�

 ?、谟捎诓捎昧送裹c(diǎn)�(jié)�(gòu),互連長度大大縮�,互連線電阻、電感更�,封裝的電性能得到極大地改��

 ?、坌酒挟a(chǎn)生的熱量可通過焊料凸點(diǎn)直接傳輸?shù)椒庋b襯底,通常在芯片襯底都裝有散熱器,故芯片溫度會更低�

前景

  對于較小外形和較多功能的低成本電子設(shè)備的需求繼�(xù)在增�,這些快速變化的市場正在挑戰(zhàn)著電子制造商,降低制造成本以保證可接受的利潤�。倒裝芯片裝配被認(rèn)為是推�(jìn)低成�,高密度便攜式電子設(shè)備的制造所必須的一�(xiàng)技�(shù)。倒裝芯片如今在各類產(chǎn)品中已開始生�(chǎn)--�(gòu)建于FR-4及光盤驅(qū)動撓曲電路上。封裝技�(shù)還持�(xù)地推動著材料科學(xué)與技�(shù)的發(fā)�,全球很多家公司正在研究并開�(fā)倒裝芯片技�(shù)。半�(dǎo)體制造商正在研究銷售凸點(diǎn)芯片,設(shè)備制造商保證他們能夠應(yīng)對倒裝片技�(shù)。雖然倒裝芯片和別的CSP對PCB行業(yè)提出了嚴(yán)格的要求,但是底部結(jié)�(gòu)將很快填�(bǔ),贏得簡易化�

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