什么是倒裝芯片技術(shù)？倒裝芯片的技術(shù)細(xì)節(jié)有哪些呢？

一、半導(dǎo)體封裝技術(shù)簡介

從事半導(dǎo)體行業(yè)，尤其是半導(dǎo)體封裝行業(yè)的人，總繞不開幾種封裝工藝，那就是芯片粘接、引線鍵合、倒裝連接技術(shù)。

尤其以引線鍵合(Wire Bonding)及倒裝連接(Flip Chip Bonding)最為常見，因?yàn)檩d帶連接技術(shù)(TAB)有一定的局限性，封裝上逐漸淘汰了這種技術(shù)。

倒裝芯片技術(shù)是通過芯片上的凸點(diǎn)直接將元器件朝下互連到基板、載體或者電路板上。引線鍵合的連接方式是將芯片的正面朝上，通過引線(通常是金線)將芯片與線路板連接。

引線鍵合、載帶連接、倒裝連接各有特點(diǎn)。其中倒裝連接以結(jié)構(gòu)緊湊，可靠性高在封裝行業(yè)應(yīng)用越來越廣泛。

二、什么是倒裝芯片技術(shù)？

伴隨半導(dǎo)體芯片體積的逐漸減小，對(duì)芯片封裝技術(shù)要求越來越高，封裝技術(shù)向著晶圓及封裝發(fā)展。

在對(duì)傳統(tǒng)芯片進(jìn)行封裝時(shí)，通常是將晶圓進(jìn)行切割成Die，再對(duì)每一個(gè)Die進(jìn)行封裝，伴隨封裝技術(shù)的成熟，在最新的半導(dǎo)體封裝中，將封裝工藝與半導(dǎo)體工藝進(jìn)行融合，在晶圓上對(duì)芯片進(jìn)行統(tǒng)一封裝，再切割形成可靠性更高的獨(dú)立芯片。

隨著倒裝技術(shù)的成熟應(yīng)用，目前全世界的倒裝芯片消耗量超過年60萬片，且以約50%的速度增長，3%的晶圓封裝用于倒裝芯片凸點(diǎn)技術(shù)，幾年后可望超過20%。

倒裝芯片元件主要用于半導(dǎo)體設(shè)備，有些元件，如無源濾波器，探測天線，存儲(chǔ)器裝備也開始使用倒裝芯片技術(shù)，由于芯片直接通過凸點(diǎn)直接連接基板和載體上。因此，更確切的說，倒裝芯片也叫DCA(Direct Chip Attach)，下圖中CPU及內(nèi)存條等電子產(chǎn)品是最常見的應(yīng)用倒裝芯片技術(shù)的器件。

下圖是內(nèi)存條中存儲(chǔ)芯片通過倒裝技術(shù)與線路板連接，芯片與電路板中間通過填充膠固定。

在典型的倒裝芯片封裝中, 芯片通過3到5個(gè)密耳(1mil=25um)厚的焊料凸點(diǎn)連接到芯片載體上，底部填充材料用來保護(hù)焊料凸點(diǎn)。

下圖是一張典型的倒裝連接圖，芯片與下方的基板采用倒裝方式連接：

三、倒裝技術(shù)技術(shù)細(xì)節(jié)

其中電鍍焊料凸點(diǎn)的具體形成過程如下圖：

芯片表面形成的凸點(diǎn)在掃描電鏡下觀察到的外觀如下圖所示：

下圖中的左圖是回流（高溫）前的凸點(diǎn)狀態(tài)，右圖是經(jīng)高溫后的凸點(diǎn)狀態(tài)，經(jīng)高溫后凸點(diǎn)融化成球形。

化學(xué)鍍UBM和絲網(wǎng)印刷工藝(Electroless UBM and Stencil Printing)是工業(yè)應(yīng)用中低成本倒裝焊凸點(diǎn)制備方法。

以下是絲網(wǎng)印刷凸點(diǎn)制作流程（Stencil Printing Process Flow）及完成后的凸點(diǎn)形貌：

第四步：底部填充與固化

倒裝連接后已完成了芯片與基板的連接，為了提高倒裝穩(wěn)定性，會(huì)在倒裝后的芯片與基板之間采用填充膠加固，填膠工藝如下圖所示：

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(c)性能增加: 短的互連距離減小了電感、電阻以及電容，保證了信號(hào)延遲減少、較好的高頻率、以及從晶片背面較好的熱通道。

(d)提高了可靠性:大芯片的環(huán)氧填充確保了高可靠性。倒裝芯片可減少三分之二的互連引腳數(shù)。

審核編輯：劉清