集成电路中器件互联线的研究 王锴 摘要：集成电路的互连线问题当今集成电路领域的一个研究热点,随着半导体器件和互连线尺寸的不断缩小,越来越多的关键设计指标，如性能、抗扰度等将主要取决于互连线,或受互连线的严重影响。为了加强对于互连线技术的了解和对互连线问题的进行研究,文章讨论了互连线发展的缘由和互连线材料。 关键词：:超大规模集成电路互连线问题建模金属互连线 1引言 集成电路工业作为信息产业的基础,对国民经济和社会发展产生着日益重要的影响。而在集成电路发展的大部分时间里，芯片上的互连线几乎总像是“二等公民”，它们只是在特殊的情形在或当进行高精度分析时才以予考虑。随着深亚微米半导体工艺的出现，这一情形已发生了迅速的变化。由导线引起的寄生效应所显示的尺寸缩小特性并不与如晶体管等有源器件相同，随着器件尺寸的缩小和电路速度的提高，它们常常变得非常重要。事实上它们已经开始支配数字集成电路一些相关的特性指标，如速度、能耗和可靠性。这一情形会由于工艺的进步而更加严重，因为后者可以经济可行地生产出更大尺寸的芯片，从而加大互连线的平均长度以及相应的寄生效应。因此仔细深入得分析半导体工艺中互连线的作用和特性不仅是人们所希望的，也是极为重要的。这使得互连线影响、或以互连线为中心的集成电路设计方法学和计算机辅助设计技术成为了集成电路领域的研究热点。2 集成电路互连线发展缘由 一般认为，硅材料的加工极限是10nm 线宽。我们都知道，从工艺水平来看，集成电路发展实现了从微米级别（0.5um，0.35um，0.18um，0.13um）到纳米级别（100nm，90nm，65nm，45nm，28nm，22nm）的跨越。目前Intel、Samsung、TSMC等跨国跨地区企业先后进入22nm工业化量产工艺节点。随着集成电路向超深亚微米的迈进，即制造工艺由已经可以规模量产的28nm 进一步朝22nm，18nm提升，并向10nm逼近时，摩尔定律在集成电路技术发展中的适用性开始受到挑战。 由于器件特征尺寸的进一步微缩，虽然电路的门延迟减小，但是特征尺寸的减小将导致互连引线横截面和线间距的减小。互连线的横截面和间距的减小，将不可避免的使得互连延迟效应变得更加严重。为了应对特征尺寸进一步缩小而带来的互连延迟的问题，产业界开始通过研发新材料、新结构、
UESTC-Ning Ning 1 Chapter 2 Chip Level Interconnection 宁宁 芯片互连技术 集成电路封装测试与可靠性
UESTC-Ning Ning 2 Wafer In Wafer Grinding (WG 研磨)Wafer Saw (WS 切割)Die Attach (DA 黏晶)Epoxy Curing (EC 银胶烘烤)Wire Bond (WB 引线键合)Die Coating (DC 晶粒封胶/涂覆) Molding (MD 塑封)Post Mold Cure (PMC 模塑后烘烤)Dejunk/Trim (DT 去胶去纬) Solder Plating (SP 锡铅电镀)Top Mark (TM 正面印码)Forming/Singular (FS 去框/成型) Lead Scan (LS 检测)Packing (PK 包装) 典型的IC 封装工艺流程 集成电路封装测试与可靠性
UESTC-Ning Ning 3 ? 电子级硅所含的硅的纯度很高，可达99.9999 99999 % ? 中德电子材料公司制作的晶棒( 长度达一公尺，重量超过一百公斤 )
UESTC-Ning Ning 4 Wafer Back Grinding ?Purpose The wafer backgrind process reduces the thickness of the wafer produced by silicon fabrication (FAB) plant. The wash station integrated into the same machine is used to wash away debris left over from the grinding process. ?Process Methods: 1) Coarse grinding by mechanical.(粗磨)2) Fine polishing by mechanical or plasma etching. (细磨抛光 )
芯片互联技术的研究现状与发展趋势 许健华 （桂林电子科技大学机电工程学院，广西桂林） 摘要：概述了芯片级互联技术中的引线键合、载带自动键合、倒装芯片，其中倒装芯片技术是目前半导体封装的主流技术，从微电子封装技术的发展历程可以看出，IC芯片与微电子封装互联技术是相互促进、协调发展、密不可分的，微电子封装技术将向小型化、高性能并满足环保要求的方向发展。将介绍芯片互联一些技术与未来发展趋势。 关键词：微电子封装；芯片互联；倒装焊；微组装技术；发展现状 Chipinterconnection technology research status and development trend Xu Jian-hua (Gulin university of electronic technology institute of electrical and mechanical engineering,Guilin,China) Abstract:Summarizes the wire bonding of chip-level interconnection technology,loaded with automatic bonding,flip-chip,including flip-chip technology is the mainstream of the semiconductor packaging technology.Can be seen from the development of microelectronics packaging technology;IC chip and microelectronic package interconnection technology is mutual promotion,coordinated development, inseparable, microelectronics packaging technology to the direction of miniaturization,high performance and meet the requirements of environmental protection. Key words: Microelectronics packaging; Chip interconnection;Flip-chipbonded;Microassemblytechnology;Development situation 前言： 从上世纪九十年代以来，以计算机（computer）、通信（comunication）和家用电器等消费类电子产品（consumer electronics）为代表的IT产业得到迅猛发展。微电子产业已成为当今世界第一大产业，也是我国国民经济的支柱产业。现代微电子产业逐渐演变为设计、制造和封装三个独立产业。微电子封装技术是支持IT产业发展的关键技术，作为微电子产业的一部分，近年来发展迅速：微电子封装是将数十万乃至数百万个半导体元件（即集成电路芯片）组装成一个紧凑的封装体，由外界提供电源，并与外界进行信息交流。微电子封装可以保证IC在处理过程中芯片免受机械应力：环境应力例如潮气和污染以及静电破坏。封装必须满足器件的各种性能要求，例如在电学（电感、电容、串扰）、热学（功率耗散、结温、质量）、可靠性以及成本控制方面的各项性能指标要求。 现代电子产品高性能的普遍要求，计算机技术的高速发展和LSI，VLSI，ULSI的普及应用，对PCB 的依赖性越来越大，要求越来越高。PCB制作工艺中的高密度、多层化、细线路等技术的应用越来越广。 其中集成电路IC封装设备的发展与芯片技术的发展是相辅相成的。新一代IC的出现常常要求有新的封装形式，而封装形式的进步又将反过来促成芯片技术向前发展。它已经历了三个发展阶段：第一阶段为上世纪80年代以前，封装的主体技术是针脚插装；第二阶段是从上世纪80年代中期开始，表面贴装技术成为最热门的组装技术，改变了传统PTH插装形式，通过微细的引线将集成电路芯片贴装到基板上，大大提高了集成电路的特性，而且自动化程度也得到了很大的提高；第三阶段为上世纪90年代，随着器件封装尺寸的进一步小型化，出现了许多新的封装技术和封装形式，其中最具有代表性的技术引线键合、载带自动焊、有球栅阵列、倒装芯片和多芯片组件等，这些新技术大多采用了面阵引脚，封装密度大为提高，在此基础上，还出现了芯片规模封装和芯片直接倒装贴装技术，因此芯片互联技术得到大力发展。
芯片和键合考题
一、粘片 1、芯片质量检验 采用目检的方法，可以检验出芯片中存在的掩膜缺陷、金属化层缺陷、绝缘电阻以及在各金属化层布线之间、引线之间或引线与芯片边缘之间的缺陷、扩散和钝化层缺陷、划片和芯片缺陷。 2、芯片粘接剪切强度与器件可靠性的关系 1）芯片剪切强度小，粘接机械强度低，器件的耐机械冲击、耐振动、耐离心加速度的能力就小，严重时在进行上述试验时会使芯片脱落，造成器件致命性失效。 2）器件的内热阻会增大。 3）耐热冲击和温度循环能力差，间歇工作寿命（抗热疲劳、热循环次数）小。4）通常芯片剪切强度差，热阻大，结温高，也会造成器件电性能变差。 3、影响芯片粘接剪切强度的因素 芯片在剪切力作用下可能发生断裂的界面和材料如图所示 硅片 芯片背面金属化层 底座镀层 底座 图1芯片可能发生断裂的界面和材料 只有经检验确定剪切试验时断裂面两边材料的性质，才能找到剪切强度低和剪切力分散的原因，继而找出解决办法。 可能发生断裂或脱层的材料为下列5种： 1）硅片。脆性材料，易裂。 2）芯片背面多层金属层。很薄的多层金属材料，工艺不良时易分层。 3）芯片焊层（粘接层）。
4）底座镀层。 5）底座。 正常情况下，这些材料的抗剪强度都大于芯片粘接剪切强度的要求。可能发生断裂或脱层的材料界面为下列5种： 1）硅芯片与芯片背面多层金属层之间。 2）芯片背面多层金属层内各金属层之间。 3）芯片背面金属层与焊层之间。 4）芯片焊层与底座镀层之间。 5）底座镀层与底座基材之间。 剪切强度低的器件，断裂通常发生在材料的界面。 4、芯片装配通用工艺文件和管芯粘片、键合检验工艺文件。 二、键合 1、键合线和键合点的形状、位置检测
集成电路技术及其发展趋势 摘要目前，以集成电路为核心的电子产业已超过以汽车、石油、钢铁为代表的传统工业成为第一大产业，成为改造和拉动传统产业迈向数字时代的强大引擎和雄厚基石。作为当今世界竞争的焦点，拥有自主知识产权的集成电路已日益成为经济发展的命脉、社会进步的基础、国际竞争的筹码和国家安全的保障。 关键词集成电路系统集成晶体管数字技术
第一章绪论 1947年12月16日，基于John Bardeen提出的表面态理论、Willianm Shockley给出的放大器基本设想以及Walter Brattain设计的实验，美国贝尔实验室第一次观测到具有放大作用的晶体管。1958年12月12日，美国德州仪器公司的Jack 发明了全世界第一片集成电路。这两项发明为微电子技术奠定了重要的里程碑，使人类社会进入到一个以微电子技术为基础、以集成电路为根本的信息时代。50多年来，集成电路已经广泛地应用于军事、民用各行各业、各个领域的各种电子设备中，如计算机、手机、DVD、电视、汽车、医疗设备、办公电器、太空飞船、武器装备等。集成电路的发展水平已经成为衡量一个国家现代化水平和综合实力的重要标志[1]。 现代社会是高度电子化的社会。在日常生活中，小到电视机、计算机、手机等电子产品，大到航空航天、星际飞行、医疗卫生、交通运输等行业的大型设备，几乎都离不开电路系统的应用。构成电路系统的基本元素为电阻、电容、晶体管等元器件。早期的电路系统是将分立的元器件按照电路要求，在印刷电路板上通过导线连接实现的。由于分立元件的尺寸限制，在一块印刷电路板上可容纳的元器件数量有限。因此，由分立元器件在印刷电路板上构成的电路系统的规模受到限制。同时，这种电路还存在体积大、可靠性低及功耗高等问题。 半导体集成电路是通过一系列特定的加工工艺，将晶体管、二极管等有源器件和电阻、电容等无源器件，按照一定的电路规则，互连“集成”在一块半导体单晶片上。封装在一个外壳内，执行特定的电路或系统功能。与印刷电路板上电路系统的集成不同，在半导体集成电路中，构成电路系统的所有元器件及其连线是制作在同一块半导体材料上的，材料、工艺、器件、电路、系统、算法等知识的有机“集成”，使得电路系统在规模、速度、可靠性和功耗等性能上具有不可比拟的优点，已经广泛的应用于日常生活中。半导体集成电路技术推动了电子产品的小型化、信息化和智能化进程。它彻底改变了人类的生活方式，成为支撑现代化发展的基石[2]。 1959年，英特尔(Intel)的始创人，Jean Hoerni 和Robert Noyce，在Fairchild Semiconductor开发出一种崭新的平面科技，令人们能在硅威化表面铺上不同的物料来制作晶体管，以及在连接处铺上一层氧化物作保护。这项技术上的突破取代了以往的人手焊接。而以硅取代锗使集成电路的成本大为下降，令
一、粘片 1、芯片质量检验 采用目检的方法，可以检验出芯片中存在的掩膜缺陷、金属化层缺陷、绝缘电阻以及在各金属化层布线之间、引线之间或引线与芯片边缘之间的缺陷、扩散和钝化层缺陷、划片和芯片缺陷。 2、芯片粘接剪切强度与器件可靠性的关系 1）芯片剪切强度小，粘接机械强度低，器件的耐机械冲击、耐振动、耐离心加速度的能力就小，严重时在进行上述试验时会使芯片脱落，造成器件致命性失效。 2）器件的内热阻会增大。 3）耐热冲击和温度循环能力差，间歇工作寿命（抗热疲劳、热循环次数）小。4）通常芯片剪切强度差，热阻大，结温高，也会造成器件电性能变差。 3、影响芯片粘接剪切强度的因素 芯片在剪切力作用下可能发生断裂的界面和材料如图所示 硅片 芯片背面金属化层 底座镀层 底座 图芯片可能发生断裂的界面和材料 只有经检验确定剪切试验时断裂面两边材料的性质，才能找到剪切强度低和剪切力分散的原因，继而找出解决办法。 可能发生断裂或脱层的材料为下列种： 1）硅片。脆性材料，易裂。 2）芯片背面多层金属层。很薄的多层金属材料，工艺不良时易分层。 3）芯片焊层（粘接层）。
4）底座镀层。 5）底座。 正常情况下，这些材料的抗剪强度都大于芯片粘接剪切强度的要求。可能发生断裂或脱层的材料界面为下列种： 1）硅芯片与芯片背面多层金属层之间。 2）芯片背面多层金属层内各金属层之间。 3）芯片背面金属层与焊层之间。 4）芯片焊层与底座镀层之间。 5）底座镀层与底座基材之间。 剪切强度低的器件，断裂通常发生在材料的界面。 4、芯片装配通用工艺文件和管芯粘片、键合检验工艺文件。 二、键合 、键合线和键合点的形状、位置检测
1 Chapter 2 Chip Level Interconnection 芯片互连技术 集成电路封装测试与可靠性
UESTC-Ning Ning 2 Wafer In Wafer Grinding (WG 研磨)Wafer Saw (WS 切割)Die Attach (DA 黏晶)Epoxy Curing (EC 银胶烘烤)Wire Bond (WB 引线键合)Die Coating (DC 晶粒封胶/涂覆) Molding (MD 塑封)Post Mold Cure (PMC 模塑后烘烤)Dejunk/Trim (DT 去胶去纬) Solder Plating (SP 锡铅电镀)Top Mark (TM 正面印码)Forming/Singular (FS 去框/成型) Lead Scan (LS 检测)Packing (PK 包装) 典型的IC 封装工艺流程 集成电路封装测试与可靠性
UESTC-Ning Ning 3 ? 电子级硅所含的硅的纯度很高，可达99.9999 99999 % ? 中德电子材料公司制作的晶棒( 长度达一公尺，重量超过一百公斤 )
UESTC-Ning Ning 4 Wafer Back Grinding ?Purpose The wafer backgrind process reduces the thickness of the wafer produced by silicon fabrication (FAB) plant. The wash station integrated into the same machine is used to wash away debris left over from the grinding process. ?Process Methods: 1) Coarse grinding by mechanical.(粗磨)2) Fine polishing by mechanical or plasma etching. (细磨抛光 )
倒装芯片将成为封装技术的最新手段 发布: 2009-6-10 | 作者: | 来源: 摘要：本文介绍了倒装芯片技术的特点并指出其工艺应用。关键词：倒装芯片；工艺应用 1 引言将芯片封装在一个封装体内或其表面上是封装界沿用了多年的一种传统的封装技术。如LPCC、TBGA、SOIC和DIPS等都采用这种封装方法。90年代以来，随着应用领域的大力驱动，封装技术不断取得日新月异的进展。单从封装技术新名词的涌现速度就足以说明封装技术的不断发展。近几年在各种期刊和会议录文章中出现的封装技术缩略词更是层出不穷，令人眼花缭乱，应接不暇。人们对铜引线框架的特性及其相关的工艺技术并不陌生。采用金线与其它合金(如铜等)的引线键合技术已接近完美的程度。最近几年，引线键合的节距(交错节距)不断减小，已由原来的100μm降至80μm、50μm、35μm，2002年已降至25μm。目前的封装多采用下列两种形式：1种是采用封帽的气密封装；另一种是采用模压化合物或液体密封剂的灌封方式，使最终的封装体能经受住可靠性测试。此外，与PCB的互连采用针式引线，其形状可分为直接鸥翼形成“J”形。三四年以前，制造产品的最终目的通常是最大限度地延长使用寿命。但如今的情况已大不相同了，消费类产品已达到极为丰富的程度。一旦产品出现故障，人们通常采用的方法是弃旧购新，因为购买新产品的价格甚至比维修还要划算。这也足以说明，大部分产品的价格已发生了许多变化。2 倒装芯片技术的发展30多年前，“倒装芯片”问世。当时为其冠名为“C4”，即“可控熔塌芯片互连”技术。该技术首先采用铜，然后在芯片与基板之间制作高铅焊球。铜或高铅焊球与基板之间的连接通过易熔焊料来实现。此后不久出现了适用于汽车市场的“封帽上的柔性材料(FOC)”；还有人采用Sn封帽，即蒸发扩展易熔面或E3工艺对C4工艺做了进一步的改进。C4工艺尽管实现起来比较昂贵(包括许可证费用与设备的费用等)，但它还是为封装技术提供了许多性能与成本优势。与引线键合工艺不同的是，倒装芯片可以批量完成，因此还是比较划算。由于新型封装技术和工艺不断以惊人的速度涌现，因此完成具有数千个凸点的芯片设计目前已不存在大的技术障碍小封装技术工程师可以运用新型模拟软件轻易地完成各种电、热、机械与数学模拟。此外，以前一些世界知名公司专为内部使用而设计的专用工具目前已得到广泛应用。为此设计人员完全可以利用这些新工具和新工艺最大限度地提高设计性，最大限度地缩短面市的时间。无论人们对此抱何种态度，倒装芯片已经开始了一场工艺和封装技术革命，而且由于新材料和新工具的不断涌现使倒装芯片技术经过这么多年的发展以后仍能处于不断的变革之中。为了满足组装工艺和芯片设计不断变化的需求，基片技术领域正在开发新的基板技术，模拟和设计软件也不断更新升级。因此，如何平衡用最新技术设计产品的愿望与以何种适当款式投放产品之间的矛盾就成为一项必须面对的重大挑战。
摘要：倒装芯片在产品成本，性能及满足高密度封装等方面体现出优势，它的应用也渐渐成为主流。由于倒装芯片的尺寸小，要保证高精度高产量高重复性，这给我们传统的设备及工艺带来了挑战。 器件的小型化高密度封装形式越来越多，如多模块封装（MCM ）、系统封装（SiP ）、倒装芯片（FC ，Flip-Chip ）等应用得越来越多。这些技术的出现更加模糊了一级封装与二级装配之间的界线。毋庸置疑，随着小型化高密度封装的出现，对高速与高精度装配的要求变得更加关键，相关的组装设备和工 艺也更具先进性与高灵活性。 由于倒装芯片比BGA 或CSP 具有更小的外形尺寸、更小的球径和球间距、它对植球工艺、基板技术、材料的兼容性、制造工艺，以及检查设备和方法提出了前所未有的挑战。 倒装芯片的发展历史 倒装芯片的定义 什么器件被称为倒装芯片？一般来说，这类器件具备以下特点： 1. 基材是硅； 2. 电气面及焊凸在器件下表面； 3. 球间距一般为4-14mil 、球径为2.5-8mil 、外形尺寸为1 -27mm ； 4. 组装在基板上后需要做底部填充。 其实，倒装芯片之所以被称为“倒装”，是相对于传统的金属线键合连接方式（Wire Bonding）与植球后的工艺而言的。传统的通过金属线键合与基板连接的芯片电气面朝上（图1），而倒装芯片的电气面朝下（图2），相当于将前者翻转过来，故称其为“倒装芯片”。在圆片（Wafer）上芯片植完球后（图3），需要将其翻转，送入贴片机，便于贴装，也由于这一翻转过程，而被称为“倒装芯片”。 图1 图2
图3 倒装芯片的历史及其应用 倒装芯片在1964年开始出现，1969年由IBM发明了倒装芯片的C4工艺（Controlled Collap se Chip Connection，可控坍塌芯片联接）。过去只是比较少量的特殊应用，近几年倒装芯片已经成为高性能封装的互连方法，它的应用得到比较广泛快速的发展。目前倒装芯片主要应用在Wi- Fi、SiP、M CM、图像传感器、微处理器、硬盘驱动器、医用传感器，以及RFID等方面（图5）。 图4
晶片键合基础介绍 选择键合技术的程序通常依赖于一系列要求，如温度限制、密闭性要求和需要的键合后对准精度。键合的选择包括标准工业工艺，如阳极键合、玻璃浆料键合和黏着键合，以及新发展的低温共晶键合，金属扩散（共熔晶）键合和特定应用中的硅熔融键合。探索每一种方法的优势和劣势可以帮助我们对于某种应用采用何种键合技术做出更合理地决策。表1概括了晶片级键合的可供选项。 玻璃浆料键合广泛应用于加速度计的制造和微机电系统的生产。玻璃浆料是一种浆状物质，由铅硅酸玻璃颗粒、钡硅酸盐填充物、浆料和溶剂组成。常见的应用方法是通过丝网印刷技术。通常情况下，图形化后的浆料在每个芯片周围，覆盖30-200微米宽的环形区域，厚度为10-30微米。多余的溶剂在图形化后通过烘烤浆料去除。在晶片对准后进行热压键合。在实际的玻璃浆料键合过程中，玻璃融化并与其中的填充物熔合，从而形成了具有极好密闭性的无空洞封接。 玻璃浆料键合的优势是人们熟悉的它的工艺流程和键合界面特性。融化的浆料和浆状的初始状态使工艺可以允许颗粒或者其他微小的表面缺陷。通过键合机上所加力的不同可以控制浆料线的压缩，通常是40%。浆料键合两个最大的缺点是洁净度 较低、密封圈占用面积较大。也许，浆料键合最主要的缺点还在于不能实现高精度的对准，因为在键合过程中，玻璃浆料软化并开始黏性流动从而引起晶片发生滑动。 阳极键合与玻璃浆料键合两种方法，占生产中微机电系统键合应用的80%。阳极键合的机理决定了它只能应用于玻璃和硅片键合。其机理是在穿过玻璃和硅片的界面的电场辅助作用下，离子向界面发生扩散。这种技术可以用于表面为多晶硅层或玻璃层的基底。有一些键合设备也支持三层的叠层键合。 阳极键合的优势包括有成熟的工艺和可接受的密封寿命，玻璃可以和很多种基底实现热匹配可用于对器件实现真空封装或者压力封装，并可以接受5nm或更差的微粗糙度。它的劣势是工艺过程中采用了电压而不能兼容CMOS电路，同时具有可移动的Na+离子的应用，当钠聚集在阳极上及其外表面时会污染对离子敏感的其他电路。 金属键合属于基于扩散的和共晶的方法。扩散键合在390-450℃的温度下完成，需要相对较大的压力来实现表面的紧密接触。在金属键合中，必须控制表面的粗糙度以及晶片的翘曲度。金属合金在键合过程中会熔解并实现界面的平坦化。液态的界面使共晶键合需要施加相对较小却要一致的压力。在不同的冶金学系统中，如铜-锡，金-锡或金-硅，共晶合金形成
倒装芯片研究 1.为什么倒装？ （1）由于P型GaN传导性能不佳，为获得良好的电流扩展，需要通过蒸镀技术在P区表面形成一层ITO层。P区引线通过该ITO膜引出。为获得好的电流扩展，ITO层就不能太薄。为此，器件的发光效率就会受到很大影响，通常要同时兼顾电流扩展与出光效率二个因素。但无论在什麼情况下，ITO膜的存在，总会使透光性能变差。此外，引线焊点的存在也使器件的出光效率受到影响。采用GaN LED倒装芯片的结构可以从根本上消除上面的问题。而且p电极也会遮挡住部分光，限制了LED芯片的出光效率。 采用倒装结构的LED芯片，不但可以同时避开P电极上导电层吸收光和电极垫遮光的问题，还可以通过在p-GaN表面设置低欧姆接触的反光层来将往下的光线引导向上，这样可同时降低驱动电压及提高光强。另一方面，图形化蓝宝石衬底(PSS)技术和芯片表面粗糙化技术同样可以增大LED芯片的出光效率50%以上。 （2）散热更好。LED是靠电子在能带间跃迁产生光的，其光谱中不含有红外部分，所以LED的热量不能靠辐射散发。一旦LED的温度超过最高临界温度(跟据不同外延及工艺，芯片温度大概为150℃)，往往会造成LED永久性失效。与传统正装结构以蓝宝石衬底作为散热通道相比，垂直及倒装焊芯片结构有着较佳的散热能力。垂直结构芯片直接采用铜合金作为衬底，有效地提高了芯片的散热能力。倒装焊(Flip-Chip)技术通过共晶焊将LED芯片倒装到具有更高导热率的硅衬底上(导热系数约120W/mK，传统正装芯片蓝宝石导热系数约20W/mK)，芯片与衬底间的金凸点和硅衬底同时提高了LED芯片的散热能力，保障LED的热量能够快速从芯片中导出。 （3）防静电能力增强。抗静电释放(ESD)能力是影响LED芯片可靠性的另一因素。对于InGaN/AlGaN/GaN 双异质结,InGaN 活化簿层厚度仅几十纳米，对静电的承受能力有限，很容易被静电击穿，使器件失效。可以在LED芯片中加入齐纳保护电路防止静电。通常需要在封装过程中通过金线并联一颗齐纳芯片以提高ESD防护能力，不仅增加封装成本和工艺难度，可靠性也有较大的风险。通过在硅衬底内部集成齐纳保护电路的方法，可以大大提高LED芯片的抗静电释放能力(ESDHBM=4000~8000V)，同时节约封装成本，简化封装工艺，并提高产品可靠性。 （4）在封装过程中通过焊线(Wire-bonding)的方式实现芯片与支架的电路连接，而焊接过程中瓷嘴对LED的芯片的冲击是导致LED漏电、虚焊等主要原因，传统正装和垂直结构LED，电极位于芯片的发光表面，因此焊线过程中瓷嘴的正面冲击极易造成发光区和电极金属层等的损伤，在LED芯片采取倒装结构中，电极位于硅基板上，焊线过程中不对芯片进行冲击，极大地提高封装可靠性和
倒装键合（Flip Chip）工艺及设备解决方案 前言：倒装芯片在产品成本、性能及满足高密度封装等方面体现出优势，它的应用也渐渐成为主流。由于倒装芯片的尺寸小，要保证高精度高产量高重复性，这给我们传统的设备及工艺带来了挑战。 器件的小型化高密度封装形式越来越多，如多模块封装 （ MCM ）、系统封装（ SiP ）、倒装芯片（ FC=Flip-Chip ）等应用得越来越多。这些技术的出现更加模糊了一级封装与二级装配之间的界线。毋庸置疑，随着小型化高密度封装的出现，对高速与高精度装配的要求变得更加关键，相关的组装设备和工艺也更具先进性与高灵活性。 由于倒装芯片比BGA或CSP具有更小的外形尺寸、更小的球径和球间距，它对植球工艺、基板技术、材料的兼容性、制造工艺，以及检查设备和方法提出了前所未有的挑战。 一．倒装芯片焊接的概念 倒装芯片焊接（Flip-chip Bonding）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。一般来说，这类器件具备以下特点： 1. 基材是硅； 2. 电气面及焊凸在器件下表面； 3. 球间距一般为 4-14mil 、球径为 2.5-8mil 、外形尺寸为 1 -27mm ； 4. 组装在基板上后需要做底部填充。 其实，倒装芯片之所以被称为“倒装”，是相对于传统的金属线键合连接方式（Wire Bonding）与植球后的工艺而言的。传统的通过
金属线键合与基板连接的芯片电气面朝上（图1），而倒装芯片的电气面朝下（图2），相当于将前者翻转过来，故称其为“倒装芯片”。在圆片（Wafer）上芯片植完球后（图3），需要将其翻转，送入贴片机以便于贴装，也由于这一翻转过程而被称为“倒装芯片”。 图1 图2 图3 倒装芯片在1964年开始出现，1969年由IBM发明了倒装芯片的C4工艺（Controlled Collapse Chip Connection可控坍塌芯片联接）。过去只是比较少量的特殊应用，近几年倒装芯片已经成为高性能封装的互连方法，它的应用得到比较广泛快速的发展。目前倒装芯片主要应用在Wi-Fi、SiP、MCM、图像传感器、微处理器、硬盘驱动器、医用传感器，以及RFID等方面（图4）。
倒装芯片（FC，Flip-Chip）装配技术 时间：2010-05-27 23:04:25 来源：网络 倒装芯片焊接完成后，需要在器件底部和基板之间填充一种胶（一般为环氧树酯材料）。底部填充分为于“ 毛细流动原理” 的流动性和非流动性（No-follow ）底部填充。 上述倒装芯片组装工艺是针对C4 器件（器件焊凸材料为SnPb 、SnAg 、SnCu 或SnAgCu ）而言。另外一种工艺是利用各向异性导电胶（ACF ）来装配倒装芯片。预先在基板上施加异性导电胶，贴片头用较高压力将器件贴装在基板上，同时对器件加热，使导电胶固化。该工艺要求贴片机具有非常高的精度，同时贴片头具有大压力及加热功能。对于非C4 器件（其焊凸材料为Au 或其它）的装配，趋向采用此工艺。这里，我们主要讨论C4 工艺，下表列出的是倒装芯片植球（Bumping ）和在基板上连接的几种方式。 倒装倒装芯片几何尺寸可以用一个“ 小” 字来形容：焊球直径小（小到0.05mm ），焊球间距小（小到0.1mm ），外形尺寸小（1mm 2 ）。要获得满意的装配良率，给贴装设备及其工艺带来了挑战，随着焊球直径的缩小，贴装精度要求越来越高，目前12μm 甚至10μm 的精度越来越常见。贴片设备照像机图形处理能力也十分关键，小的球径小的球间距需要更高像素的像机来处理。 随着时间推移，高性能芯片的尺寸不断增大，焊凸（Solder Bump）数量不断提高，基板变得越来越薄，为了提高产品可靠性底部填充成为必须。
对贴装压力控制的要求 考虑到倒装芯片基材是比较脆的硅，若在取料、助焊剂浸蘸过程中施以较大的压力容易将其压裂，同时细小的焊凸在此过程中也容易压变形，所以尽量使用比较低的贴装压力，一般要求在150g 左右。对于超薄形芯片，如0.3mm ，有时甚至要求贴装压力控制在35g 。 对贴装精度及稳定性的要求 对于球间距小到0.1mm 的器件，需要怎样的贴装精度才能达到较高的良率？基板的翘曲变形，阻焊膜窗口的尺寸和位置偏差，以及机器的精度等，都会影响到最终的贴装精度。关于基板设计和制造的情况对于贴装的影响，我们在此不作讨论，这芯片装配工艺对贴装设备的要求里我们只是来讨论机器的贴装精度。为了回答上面的问题，我们来建立一个简单的假设模型： 1. 假设倒装芯片的焊凸为球形，基板上对应的焊盘为圆形，且具有相同的直径； 2. 假设无基板翘曲变形及制造缺陷方面的影响； 3. 不考虑Theta 和冲击的影响； 4. 在回流焊接过程中，器件具有自对中性，焊球与润湿面50% 的接触在焊接过程中可以被“ 拉正” 。 那么，基于以上的假设，直径25μm 的焊球如果其对应的圆形焊盘的直径为50μm 时，左右位置偏差（X 轴）或前后位置偏差（Y 轴）在焊盘尺寸的50% ，焊球都始终在焊盘上（图9 ）。对于焊球直径为25μm 的倒装芯片，工艺能力Cpk 要达到1.33 的话，要求机器的最小精度必须达到12μm@3sigma 。
FC倒装芯片装配技术介绍 器件的小型化高密度封装形式越来越多，如多模块封装（MCM）、系统封装（SiP）、倒装芯片（FC，Flip-Chip）等应用得越来越多。这些技术的出现更加模糊了一级封装与二级装配之间的界线。毋庸置疑，随着小型化高密度封装的出现，对高速与高精度装配的要求变得更加关键，相关的组装设备和工艺也更具先进性与高灵活性。 由于倒装芯片比BGA或CSP具有更小的外形尺寸、更小的球径和球间距、它对植球工艺、基板技术、材料的兼容性、制造工艺，以及检查设备和方法提出了前所未有的挑战。 倒装芯片的发展历史 倒装芯片的定义 什么器件被称为倒装芯片？一般来说，这类器件具备以下特点： 1. 基材是硅； 2. 电气面及焊凸在器件下表面； 3. 球间距一般为4-14mil、球径为2.5-8mil、外形尺寸为1-27mm； 4. 组装在基板上后需要做底部填充。 其实，倒装芯片之所以被称为“倒装”，是相对于传统的金属线键合连接方式（Wire Bonding）与植球后的工艺而言的。传统的通过金属线键合与基板连接的芯片电气面朝上（图1），而倒装芯片的电气面朝下（图2），相当于将前者翻转过来，故称其为“倒装芯片”。在圆片（Wafer）上芯片植完球后（图3），需要将其翻转，送入贴片机，便于贴装，也由于这一翻转过程，而被称为“倒装芯片”。 倒装芯片的历史及其应用 倒装芯片在1964年开始出现，1969年由IBM发明了倒装芯片的C4工艺（Controlled Collapse Chip Connection，可控坍塌芯片联接）。过去只是比较少量的特殊应用，近几年倒装芯片已经成为高
性能封装的互连方法，它的应用得到比较广泛快速的发展。目前倒装芯片主要应用在Wi- Fi、SiP、MCM、图像传感器、微处理器、硬盘驱动器、医用传感器，以及RFID等方面（图5）。 与此同时，它已经成为小型I/O应用有效的互连解决方案。随着微型化及人们已接受SiP，倒装芯片被视为各种针脚数量低的应用的首选方法。从整体上看，其在低端应用和高端应用中的采用，根据TechSearch International Inc对市场容量的预计，焊球凸点倒装芯片的年复合增长率（CAGR）将达到31%。 倒装芯片应用的直接驱动力来自于其优良的电气性能，以及市场对终端产品尺寸和成本的要求。在功率及电信号的分配，降低信号噪音方面表现出色，同时又能满足高密度封装或装配的要求。可以预见，其应用会越来越广泛。 倒装芯片的组装工艺流程 一般的混合组装工艺流程在半导体后端组装工厂中，现在有两种模块组装方法。在两次回流焊工艺中，先在单独的SMT生产线上组装SMT器件，该生产线由丝网印刷机、贴片机和第一个回流焊炉组成。然后再通过第二条生产线处理部分组装的模块，该生产线由倒装芯片贴片机和回流焊炉组成。底部填充工艺
倒装封装介绍 什么是LED倒装芯片？近年来，在芯片领域，倒装芯片技术正异军突起，特别是在大功率、户外照明的应用市场上更受欢迎。但由于发展较晚，很多人不知道什么叫LED倒装芯片，LED倒装芯片的优点是什么？今天慧聪LED屏网编辑就为你做一个简单的说明。先从LED正装芯片为您讲解LED倒装芯片，以及LED倒装芯片的优势和普及难点。 要了解LED倒装芯片，先要了解什么是LED正装芯片 LED正装芯片是最早出现的芯片结构，也是小功率芯片中普遍使用的芯片结构。该结构，电极在上方，从上至下材料为：P-GaN，发光层，N-GaN，衬底。所以，相对倒装来说就是正装。 LED倒装芯片和症状芯片图解 为了避免正装芯片中因电极挤占发光面积从而影响发光效率，芯片研发人员设计了倒装结构，即把正装芯片倒置，使发光层激发出的光直接从电极的另一面发出(衬底最终被剥去，芯片材料是透明的)，同时，针对倒装设计出方便LED封装厂焊线的结构，从而，整个芯片称为倒装芯片(Flip Chip)，该结构在大功率芯片较多用到。 正装、倒装、垂直LED芯片结构三大流派
倒装技术并不是一个新的技术，其实很早之前就存在了。倒装技术不光用在LED行业，在其他半导体行业里也有用到。目前LED芯片封装技术已经形成几个流派，不同的技术对应不同的应用，都有其独特之处。 目前LED芯片结构主要有三种流派，最常见的是正装结构，还有垂直结构和倒装结构。正装结构由于p，n电极在LED同一侧，容易出现电流拥挤现象，而且热阻较高，而垂直结构则可以很好的解决这两个问题，可以达到很高的电流密度和均匀度。未来灯具成本的降低除了材料成本，功率做大减少LED颗数显得尤为重要，垂直结构能够很好的满足这样的需求。这也导致垂直结构通常用于大功率LED应用领域，而正装技术一般应用于中小功率LED。而倒装技术也可以细分为两类，一类是在蓝宝石芯片基础上倒装，蓝宝石衬底保留，利于散热，但是电流密度提升并不明显；另一类是倒装结构并剥离了衬底材料，可以大幅度提升电流密度。 LED倒装芯片的优点 一是没有通过蓝宝石散热，可通大电流使用；二是尺寸可以做到更小，光学更容易匹配；三是散热功能的提升，使芯片的寿命得到了提升；四是抗静电能力的提升；五是为后续封装工艺发展打下基础。 什么是LED倒装芯片 据了解，倒装芯片之所以被称为“倒装”是相对于传统的金属线键合连接方式（Wire Bonding）与植球后的工艺而言的。传统的通过金属线键合与基板连接的晶片电气面朝上，而倒装晶片的电气面朝下，相当于将前者翻转过来，故称其为“倒装芯片”。 倒装LED芯片，通过MOCVD技术在蓝宝石衬底上生长GaN基LED结构层，由P/N结发光区发出的光透过上面的P型区射出。由于P型GaN传导性能不佳，为获得良好的电流扩展，需要通过蒸镀技术在P区表面形成一层Ni- Au组成的金属电极层。P 区引线通过该层金属薄膜引出。为获得好的电流扩展，Ni-Au金属电极层就不能太薄。为此，器件的发光效率就会受到很大影响，通常要同时兼顾电流扩展与出光效率二个因素。但无论在什麼情况下，金属薄膜的存在，总会使透光性能变差。此外，引线焊点的存在也使器件的出光效率受到影响。采用GaN LED倒装芯片的结构可以从根本上消除上面的问题。 在倒装芯片的技术基础上，有厂家发展出了LED倒装无金线芯片级封装。 什么是LED倒装无金线芯片级封装 倒装无金线芯片级封装，基于倒装焊技术，在传统LED芯片封装的基础上，减少了金线封装工艺，省掉导线架、打线，仅留下芯片搭配荧光粉与封装胶使用。作为新封装技术产品，倒装无金线芯片级光源完全没有因金线虚焊或接触不良引起的不亮、闪烁、
SMT环境中倒装芯片工艺与技术应用 1、引言 倒装芯片的成功实现与使用包含诸多设计、工艺、设备与材料因素。只有对每一个因素都加以认真考虑和对待才能够促进工艺和技术的不断完善和进步，才能满足应用领域对倒装芯片技术产品不断增长的需要。 2、倒装芯片技术 “倒装芯片技术”这一名词包括许多不同的方法。每一种方法都有许多不同之处，且应用也有所不同。例如，就电路板或基板类型的选择而言，无论它是有机材料、陶瓷材料还是柔性材料，都决定着组装材料(凸点类型、焊剂、底部填充材料等)的选择，而且在一定程度上还决定着所需设备的选择。在目前的情况下，每个公司都必须决定采用哪一种技术，选购哪一类工艺部件，为满足未来产品的需要进行哪一些研究与开发，同时还需要考虑如何将资本投资和运作成本降至最低额。 在SMT环境中最常用、最合适的方法是焊膏倒装芯片组装工艺。即使如此，为了确保可制造性、可靠性并达到成本目标也应考虑到该技术的许多变化。目前广泛采用的倒装芯片方法主要是根据互连结构而确定的。如，柔顺凸点技术的实现要采用镀金的导电聚合物或聚合物/弹性体凸点。 焊柱凸点技术的实现要采用焊球键合(主要采用金线)或电镀技术，然后用导电的各向同性粘接剂完成组装。工艺中不能对集成电路(1C)键合点造成影响。在这种情况下就需要使用各向异性导电膜。焊膏凸点技术包括蒸发、电镀、化学镀、模版印刷、喷注等。因此，互连的选择就决定了所需的键合技术。通常，可选择的键合技术主要包括：再流键合、热超声键合、热压键合和瞬态液相键合等。 上述各种技术都有利也有弊，通常都受应用而驱动。但就标准SMT工艺使用而言，焊膏倒装芯片组装工艺是最常见的，且已证明完全适合SMT。 3、焊膏倒装芯片组装技术 传统的焊膏倒装芯片组装工艺流程包括：涂焊剂、布芯片、焊膏再流与底部填充等。但为了桷保成功而可靠的倒装芯片组装还必须注意其它事项。通常，成功始于设计。 首要的设计考虑包括焊料凸点和下凸点结构，其目的是将互连和IC键合点上的应力降至最低。如果互连设计适当的话，已知的可靠性模型可预测出焊膏上将要出现的问题。对IC键合点结构、钝化、聚酰亚胺开口以及下凸点治金(UBM)结构进行合理的设计即可实现这一目的。钝化开口的设计必须达到下列目
芯片倒装技术及芯片封装技术 引言世纪90年代以来，移动电话、个人数字助手(PDA)、数码相机等消费类电子产品的体积越来越小，工作速度越来越快，智能化程度越来越高。这些日新月异的变化为电子封装与组装技术带来了很多挑战和机遇。材料、设备机能与工艺控制能力的改进使越来越多的EMS 公司可以跳过尺度的表面安装技术(SMT)直接进入提高前辈的组装技术领域，包括倒装芯片等。因为越来越多的产品设计需要不断减小体积，进步工作速度，增加功能，因此可以预计，倒装芯片技术的应用范围将不断扩大，终极会取代SMT当前的地位，成为一种尺度的封装技术。 多年以来，半导体封装公司与EMS公司一直在通力进行，在施展各自特长的同时又介入对方领域的技术业务，力争使自己的技术能力更加完善和全面。在半导体产业需求日益增加的环境下，越来越多的公司开始提供\\\"完整的解决方案\\\"。这种趋同性是人们所期望看到的，但同时双方都会面对一定的挑战。 例如，以倒装芯片BGA或系统封装模块为例，跟着采用提高前辈技术制造而成的产品的类型由板组装方式向元件组装方式的转变，以往好像不太重要的诸多因素都将施展至关重要的作用。互连应力不同了，材料的不兼容性增加了，工艺流程也不一样了。不论你的新产品类型是否需要倒装芯片技术，不论你是否以为采用倒装芯片的时间合适与否，理解倒装芯片技术所存在的诸多挑战都是十分重要的。 倒装芯片技术倒装芯片技术\\\"，这一名词包括很多不同的方法。每一种方法都有很多不同之处，且应用也有所不同。例如，就电路板或基板类型的选择而言，不管它是有机材料、陶瓷材料仍是柔性材料，都决定着组装材料(凸点类型、焊剂、底部填充材料等)的选择，而且在一定程度上还决定着所需设备的选择。在目前的情况下，每个公司都必需决定采用哪一种技术，选购哪一类工艺部件，为知足未来产品的需要进行哪一些研究与开发，同时还需要考虑如何将资本投资和运作本钱降至最低额。 在SMT环境中最常用、最合适的方法是焊膏倒装芯片组装工艺。即使如斯，为了确保可制造性、可靠性并达到本钱目标也应考虑到该技术的很多变化。目前广泛采用的倒装芯片方法主要是根据互连结构而确定的。如，和婉凸点技术的实现要采用镀金的导电聚合物或聚合物／弹性体凸点。 焊柱凸点技术的实现要采用焊球键合(主要采用金线)或电镀技术，然后用导电的各向同性粘接剂完成组装。工艺中不能对集成电路(1C)键合点造成影响。在这种情况下就需要使用各向异性导电膜。焊膏凸点技术包括蒸发、电镀、化学镀、模版印刷、喷注等。因此，互连的选择就决定了所需的键合技术。通常，可选择的键合技术主要包括：再流键合、热超声键合、热压键合和瞬态液相键合等。 上述各种技术都有利也有弊，通常都受应用而驱动。但就尺度SMT工艺使用而言，焊膏倒装芯片组装工艺是最常见的，且已证实完全适合焊膏倒装芯片组装技术传统的焊膏倒装芯片组装工艺流程包括：涂焊剂、布芯片、焊膏再流与底部填充等。但为了桷保成功而可靠的倒装芯片组装还必需留意其它事项。通常，成功始于设计。 首要的设计考虑包括焊料凸点和下凸点结构，其目的是将互连和IC键合点上的应力降至最低。假如互连设计适当的话，已知的可靠性模型可猜测出焊膏上将要泛起的题目。对IC 键合点结构、钝化、聚酰亚胺启齿以及下凸点治金(UBM)结构进行公道的设计即可实现这一目的。钝化启齿的设计必需达到下列目的：降低电流密度；减小集中应力的面积；进步电迁移的寿命；最大限度地增大UBM和焊料凸点的断面面积。 凸点位置布局是另一项设计考虑，焊料凸点的位置尽可能的对称，识别定向特征(去掉一个边角凸点)是个例外。布局设计还必需考虑顺流切片操纵不会受到任何干扰。在IC的有
