覆晶技术

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覆晶技术(英语:Flip Chip),也称“倒晶封装”或“倒晶封装法”,是芯片封装技术的一种。此封装技术主要在于有别于过去芯片封装的方式,以往是将芯片置放于基板(chip pad)上,再用打线技术(wire bonding)将芯片与基板上之连结点连接。覆晶封装技术是将芯片连接到焊锡凸块(Solder Bump),然后将芯片翻转过来使凸块与基板(substrate)直接连结而得其名。覆晶技术除了具有提高芯片脚位的密度之外,更可以降低噪声的干扰、强化电 性的效能、提高散热能力、及缩减封装体积等优点。

Flip Chip技术起源于1960年代,通用电气开发出此技术,由IBM在大型主机上完成商业化应用[1][2]。由于覆晶比其它球栅阵列封装(BGA; Ball grid array)技术在与基板或衬底的互连形式要方便的多,目前覆晶技术已经被普遍应用在微处理器封装,而且也成为绘图、特种应用、和电脑芯片组等的主流封装技术。借助市场对覆晶技术的推力,封装业者必需提供8吋与12吋晶圆探针测试、凸块增长、组装、至最终测试的完整服务。

步骤[编辑]

  1. 在晶圆上刻划集成电路。
  2. 脚垫芯片表面金属化,镀上一BLM(ball limiting metallization)层,现在一般称为底部金属层UBM (under bump metallization)。
  3. 将是将锡铅焊锡镀上焊接点沉积在每个垫(pad)上,接下来回焊(reflow)制程将温度增至约350°C,由于焊锡只会润湿(wet)在此BLM 金属上,故第一次回焊后,变成一个凸块(Bump)。
  4. 切割芯片。
  5. 芯片翻转和定位,使焊球正对外部电路的连接器。
  6. 加入助焊剂(flux)重熔焊球(通常使用热风回流焊),完成接合。
  7. 安装的芯片底部使用电气与绝缘胶填充。

未来的电子产品持续朝向轻薄短小、高速、高脚数等特性,以导线架为基础的传统封装型态将渐不适用,应用范围也将局限于低阶或低单价的产品。

根据IC Insights的调查报告显示,逻辑IC产品由于功能要求日益复杂,对于封装引脚数的需求大致呈现每年12至13%的增加速率。以高阶的ASIC产品为例,2002年最高引脚数需求为2,100脚,而预计至2007年,最大引脚数将高达3,500脚。在未来覆晶封装的趋势上,依然会朝着高脚数(I/O),细间距(fine pitch)的目标前进。此外,未来除了覆晶封装设备的需求将持续扩大外,覆晶所需之检测设备亦是厂商发展的重点。

由于覆晶封装内部是利用凸块作为电气通导路径,分布范围整个芯片,位于芯片中心附近的凸块品质检测则有赖自动化检测设备以确保凸块品质。由于覆晶封装的高脚数特性,单片探针数可达1,000 pin以上的垂直探针卡将成为测试设备商竞逐的潜力市场。

分类[编辑]

FC-BGA[编辑]

作为一种重要的先进封装技术,FC-BGA以凸点互连倒置芯片, 极大缩小引线长度和面积,引脚多、细间距窄,有效减少电性损耗、降低电磁干扰、提高元件密度、增强芯片散热等,广泛应用于GPU、FPGA等高端芯片,是AI等高速算应用领域的刚需基板。[3]

注释[编辑]

  1. ^ Introduction to Flip Chip: What, Why, How. [2011-10-02]. (原始内容存档于2011-11-22). 
  2. ^ Aviation Week. Aviation Week 1963-09-23. http://archive.org/details/Aviation_Week_1963-09-23. 1963-09-23 (英语).  缺少或|title=为空 (帮助)
  3. ^ Li, Peng; Yu, Junyi; Luo, Suibin; Lai, Zhiqiang; Xiao, Bin; Yu, Shuhui; Sun, Rong. Cu deposition technologies for build-up film substrates towards FC-BGA. SCIENTIA SINICA Chimica. 2023-10-01, 53 (10). ISSN 1674-7224. doi:10.1360/SSC-2023-0130 (英语).