下载文档原格式
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）。
倒装芯片封装技术倒装芯片封装技术：将芯片翻转封装的革命性进展引言：随着电子科技的迅猛发展，芯片封装技术也在不断创新。
其中，倒装芯片封装技术作为一项重要的进展，在电子产品设计与制造方面发挥着重要作用。
本文将以倒装芯片封装技术为中心，探讨其原理、发展历程以及在电子领域中的广泛应用。
一、倒装芯片封装技术的原理倒装芯片封装技术，顾名思义，即将芯片翻转后进行封装。
传统的封装方式是将芯片正面朝上，通过焊接或粘接等方式固定在基板上，然后进行封装。
而倒装芯片封装技术则是将芯片翻转180度，使其背面朝上，并通过金线或导电胶等方式与基板连接。
倒装芯片封装技术的核心在于解决芯片尺寸不断减小和功耗不断增加的矛盾。
芯片尺寸的不断缩小使得传统封装方式难以满足对电路布局的要求，而倒装技术使得芯片尺寸最小化，并且能够更好地进行布局，提高电路的性能。
此外，倒装芯片封装技术还能够提高散热效果，减少功耗，提高芯片的可靠性。
二、倒装芯片封装技术的发展历程倒装芯片封装技术起源于1960年代，当时主要用于高可靠性的军事和航天设备中。
随着电子产品的普及和成本的降低，倒装芯片封装技术逐渐应用于民用产品中。
在过去的几十年中，倒装芯片封装技术经历了多次的改进和创新，使得其在电子领域中得到了广泛应用。
在倒装芯片封装技术的发展历程中，主要有以下三个阶段：1.金线倒装封装技术：最早的倒装封装技术采用金线进行芯片与基板之间的连接，这种方式简单、可靠，但是金线间距有限，不适用于高密度集成电路的封装。
2.焊接倒装封装技术：为了解决金线倒装封装技术的局限性，人们引入了焊接倒装封装技术。
这种技术采用焊料将芯片与基板焊接在一起，相比金线倒装技术，焊接倒装技术能够实现更高的密度和更好的散热效果。
3.导电胶倒装封装技术：近年来，随着导电胶技术的成熟，导电胶倒装封装技术成为了倒装芯片封装的主流技术。
导电胶能够实现更高的密度、更低的电阻和更好的散热性能，同时还能够简化制造工艺和降低成本。
LED 术语和实际应用指南倒装芯片安装（flip
在底板上直接安装芯片的方法之一。
连接芯片表面和底板时，并不是像引线键合一样那样利用引线连接，而是利用阵列状排列的，名为焊点的突起状端子进行连接。
与引线键合相比，可减小安装面积。
另外，由于布线较短，还具有电特性优异的特点。
主要用于对小型和薄型具有较高要求的便携产品电路以及重视电特性的高频电路等。
另外为了将芯片发出的热量容易地传递到底板上，需要解决发热问题的LED 也有采用这种安装技术的。
将LED 芯片收纳于封装中时如果采用倒装芯片技术，发光层（发热源）距离封装一侧就较近。
因此，容易将LED 芯片的热量散发到封装侧。
另外，采用倒装芯片安装方法安装LED 芯片的话，发光层的光射出外部时不会受到电极的遮蔽。
尤其是采用蓝宝石底板的蓝色LED 等只在LED 芯片一面设置电极的产品，其效果更为明显。
通过倒装芯片安装的LED 的发光效率，与采用引线键合的安装相比，可提高数十％。
用于LSI 时可削减芯片面积
倒装芯片安装多用于LSI。
原因是由于芯片整体拥有输入输出（I/O）端子，由此可缩小芯片面积。
以前，采用通常使用的引线键合方法时，I/O 端子在芯片周围，为了备齐所需的I/O 数量，必须扩大芯片面积。
倒装芯片安。
一种芯片倒装焊接的方法
芯片倒装焊接是一种在电子制造中常用的技术，通常用于将芯片连接到印刷电路板（PCB）上。
以下是一种常见的芯片倒装焊接方法：
1.准备工作：根据设计要求，将芯片放置在PCB的指定位置上，并使用夹持器或夹子将其稳定固定。
2.涂上焊膏：在芯片引脚和PCB焊盘上涂上焊膏，使焊接更容易。
3.热风预加热：使用热风枪在芯片和PCB之间加热，将其预加热至适当温度，以减少热应力和热冲击。
4.翻转芯片：将芯片翻转，使其引脚朝向PCB。
5.再次加热：使用热风枪在PCB的底部加热，将芯片的引脚和PCB焊盘连接在一起。
6.冷却：等到焊接完成后，用冷水或冷风快速冷却电路板，以确保焊点变硬。
7.视觉检查：检查焊点是否正确连接，并清除任何残留在焊盘上的焊胶。
倒装芯片：向主流制造工艺推进时间：2009-12-08来源：责任编辑：对较小外形和较多功能的低成本电子设备的需求继续在增长。
这些快速调整的市场挑战着电子制造商，降低制造成本以保证可接受的利润率。
倒装芯片装配(flip chip assembly)被认为是推进低成本、高密度便携式电子设备的制造所必须的一项技术。
在低成本应用中，倒装芯片的成功是因为它可达到相对于传统表面贴装元件包装更大的成本效益。
例如，一款新的寻呼机利用了倒装芯片技术将微控制器装配于PCB，因为倒装芯片使用较少的电路板空间，比传统的塑料球栅阵列(PBGA, plastic ball grid array)成本较低。
材料集成电路(Integraded circuit)在这款寻呼机中的集成电路(IC, integrated circuit)是一个5 x 5.6 mm 的微控制器，要求100个输入/输出(I/O)连接于PCB。
将四周I/O重新分配为2.5排减少点数(depopulated)的球栅阵列形式来接纳PCB的线/空格以及通路孔焊盘的限制。
锡球(bump)布局与间距如图一所示。
使用了电镀共晶锡/铅锡球，因为与其它的替代者比較，它的成本低得多。
锡球的直径大约为125 %26mu;m，球下金属(UBM, under bump metalization)为一个顾客要求的45%26mu;m的铜柱，如图二。
印刷电路板(PCB, printed circuit board)成本因素决定这款寻呼机的PCB的布局。
PCB是标准的FR-4，四个金属层和一个无电镀镍/金表面涂层。
因为增加材料成本和有限的可获得性，所以没有使用高密度互连(HDI, high-density interconnect)技术。
无电镀镍/金表面涂层满足所有作品的要求。
实录可靠性问题排除了选择有机可焊性保护层(OSP, organic solderability preservative)，选择性镍-金的成本增加也没有吸引性。
微电子技术之倒装芯片技术倒装芯片是一种无引脚结构，一般含有电路单元。
设计用于通过适当数量的位于其面上的锡球(导电性粘合剂所覆盖)，在电气上和机械上连接于电路。
在微电子领域中起着重要的作用，是微电子大家庭中不可缺少的一员。
倒装芯片英文名为Flip chip。
其起源于60年代，由IBM率先研发出，具体原理是在I/Opad 上沉积锡铅球，然后将芯片翻转加热利用熔融的锡铅球与陶瓷板相结合，此技术已替换常规的打线接合，逐渐成为未来封装潮流。
Flip Chip既是一种芯片互连技术，又是一种理想的芯片粘接技术．早在30年前IBM公司已研发使用了这项技术。
但直到近几年来，Flip-Chip 已成为高端器件及高密度封装领域中经常采用的封装形式。
今天，Flip-Chip封装技术的应用范围日益广泛，封装形式更趋多样化，对Flip-Chip封装技术的要求也随之提高。
同时，Flip-Chip也向制造者提出了一系列新的严峻挑战，为这项复杂的技术提供封装，组装及测试的可靠支持。
以往的一级封闭技术都是将芯片的有源区面朝上，背对基板和贴后键合，如引线健合和载带自动健全（TAB）。
FC则将芯片有源区面对基板，通过芯片上呈阵列排列的焊料凸点实现芯片与衬底的互连．硅片直接以倒扣方式安装到PCB从硅片向四周引出I/O，互联的长度大大缩短，减小了RC延迟，有效地提高了电性能．显然，这种芯片互连方式能提供更高的I/O密度．倒装占有面积几乎与芯片大小一致．在所有表面安装技术中，倒装芯片可以达到最小、最薄的封装。
其次倒装芯片技术是芯片以凸点阵列结构与基板直接安装互连的一种方法。
不仅如此倒装芯片是在在I/O pad上沉积锡铅球，然后将芯片翻转加热利用熔融的锡铅球与陶瓷机板相结合此技术替换常规打线接合，逐渐成为未来的封装主流，当前主要应用于高时脉的CPU、GPU(GraphicProcessor Unit)及Chipset 等产品为主。
与COB相比，该封装形式的芯片结构和I/O端（锡球）方向朝下，由于I/O引出端分布于整个芯片表面，故在封装密度和处理速度上Flip chip已达到顶峰，特别是它可以采用类似SMT技术的手段来加工，因此是芯片封装技术及高密度安装的最终方向。
柔性电路板上倒装芯片组装
由思想来控制机器的能力是人们长久以来的梦想；尤其是为了瘫痪的那些人。
近年来，工艺的进步加速了人脑机器界面（BMI ）的进展。
针对生物医学的应用，杜克大学的研究者已经成功地利用神经探针开发出讯号处理的ASIC，以及无线传输动力与信息的电子电路系统。
再下一步，就是开发组件的封装技术。
然而，这些组件将如何相互联接呢？
尺寸和可靠性对生物医学用的植入物而言，是最重要的两个要素。
微电子业的两个封装技术（倒装芯片接合和柔性载板）正好适用于这个应用。
倒装芯片接合技术已经发展30多年了。
此一技术的优点是体积小、接线密度高，而且因为引脚短而电性得以改善4。
倒装芯片接合技术的另一个优势，是能够将多个不同尺寸的芯片封装在同一片载板上，构成多芯片模块。
这种封装方式能免除又大又不可靠的连接器。
此外，由聚亚酰胺（polyimide）做成的柔性载板能够弯曲和折迭，可以充分利用空间做成体积小的组件。
但因为聚亚酰胺材料仅适用于低温接合技术（制程温度低于摄氏200度），所以必须使用热硬化黏胶，而非焊锡来提供机械性和电性的联结。
在这个研究中，我们使用低成本的柱形金凸块技术，而非其它类似应用中所采用的锡铅凸块技术。
为了发展适用于生物医学应用的制程，我们设计并以聚亚酰胺为基材制造测试芯片。
这些测试芯片在打上柱形金凸块后，被用来验证制程。
我们分别测试了导电和绝缘的热硬化黏胶，并在做过温度循环测试后，测量接触电阻以评量产品的可靠性。
接合技术
我们希望能够使用柱形金凸块技术和热硬化黏胶，发展一个可靠的制程，将切割后的芯片接合在柔性载板上。
在这个研究中，我们测试了两个接合的方法；第一个方法使用绝缘的热硬化黏胶、第二个方法使用导电黏胶和绝缘的底部填充胶。
每一个测试组件都由测试电路载板和仿真芯片（dummychip）所组成。
管脚阵列封装的载板也被设计在同一片聚亚酰胺载板上，以便于未来用于测试神经讯号放大器芯片。
仿真芯片的制备：为了使软性的仿真芯片能像硅芯片一样硬，我们得在这个软性的仿真芯片背部加上一个加强性构件。
可是由载板制造商提供的加强性构件太软了，所以我们用一小块1毫米厚的显微镜用的载玻片取代制造商所提供的加强性构件。
柱形金凸块：测试中所使用的仿真芯片和芯片的柱形金凸块都是用手动金球焊线机（Kulicke & Soffa抯4524AD）做出来的。
绝缘的热硬化黏胶接合：在绝缘的热硬化黏胶接合方法中，长了柱形金凸块的芯片和载板用绝缘的热硬化黏胶接合。
芯片和载板的对准和接合是用倒装芯片接合机（SUSS Microtec 抯FC150）。
接合的步骤如下:
1.将长了柱形金凸块的芯片和载板装载到倒装芯片接合机。
2.芯片和载板由倒装芯片接合机对准。
3.将绝缘的热硬化黏胶涂布在载板上。
4.依表2与图3的条件将芯片与载板接合。
5.黏胶在接合的压力下被热硬化，然后在释压前冷却下来。
导电黏胶的接合技术
在导电黏胶的接合方法中，先将长好柱形金凸块的芯片放入银胶的薄层。
再把这个沾了银胶的芯片用绝缘的热硬化黏胶与载板接合。
芯片和载板的对准和接合也是使用倒装芯片接合机。
接合的步骤如下：
1. 将长了柱形金凸块的芯片装载到倒装芯片接合机。
2. 将载玻片放在放载板的吸盘上。
3. 将薄薄的一层导电银胶在涂布在载玻片上。
注意: 将导电银胶稀释10%以达成较好的沾胶效果。
4. 用倒装芯片接合机将导电银胶延展成30 微米厚。
5. 将长了柱形金凸块的芯片压入30 微米厚的导电银胶层。
6. 取走载玻片，然后放入载板。
7. 在载板上涂布绝缘的热硬化黏胶。
8. 将芯片与载板对准，然后透过黏胶与载板接合。
9. 黏胶在接合的压力被热硬化，然后在释压前冷却下来。
温度循环测试：温度循环测试经常被用来验证接合点的可靠度。
在温度循环测试期间，每30秒就记录一次温度和仿真芯片上一对凸块间的电阻。
温度循环测试的温度变化条件设定如下:
1. 保持在摄氏85度，10 分钟。
2. 以最快的速度降温到摄氏零下10度。
3. 保持在摄氏零下10度，10 分钟。
4. 以最快的速度升温到摄氏85度。
5. 重复这个温度变化周期。
将仿真芯片从聚亚酰胺基材上切割下来，黏合载玻片以加强软性仿真芯片的结构强度，打上柱形金凸块，然后以前述的两种方法（绝缘的热硬化黏胶接合技术、导电的热硬化黏胶接合技术）将仿真芯片与柔性载板接合起来。
由于这个做在聚亚酰胺基材上的仿真芯片是半透明的，我们能够以目检检视接合的界面。
柱形金凸块看起来是很平均的被压缩，这表示平面度控制得很好。
对准的精确度控制在3 微米之内。
可以看到在黏胶层之内有一些空气气泡，但是，这些空气气泡看来并不会影响效能。
使用柱形金凸块和黏胶的接合技术有几个优点。
首先，这个方法适用于已切割的芯片。
实际上，使用软性的仿真芯片作为测试组件，是一个发展接合技术的较廉价且实际的方法。
而半透明的测试组件更是使用聚亚酰胺做为基材时所未预料到好处。
由于测试组件是半透明的，我们可以轻易的使用光学微镜来检查接合的质量。
使用绝缘的热硬化黏胶接合技术，制程步骤较为简单，并且不需要清洗步骤与额外的底部填充胶。
在导电黏胶的接合方法中有几个步骤需要非常小心的控制，尤其是涂布银胶与沾胶。
此外，为了机械强度的考虑，需要增加涂底部填充胶的步骤。
这两个方法的共通缺点就是黏胶固化时间（10分钟）太长；就研究而言，这是可接受的。
然而，就量产而言，一种固化时间更短的黏胶是有必要的。
我们相信黏胶和底部填充胶被固化时，能将芯片和载板拉紧，因而强化了接合的质量。
在温度循环测试中，绝缘的热硬化黏胶接合技术的平均电阻，符合我们的预期；这个结果也和其它单位的结果相当。
使用绝缘的热硬化黏胶接合技术，在柔性载板做倒装芯片接合所制备的组件与商业化生产的陶瓷管脚阵列封装组件，在电性上的表现是一致的。
此外，此一技术还有体积小与能适用于不同形
状的优势。
为了以倒装芯片封装将神经讯号放大器的ASICS芯片接合上柔性载板，我们开发并评估了两种接合方法，并用制造于聚亚酰胺基材上的仿真芯片做制程的开发与测试。
基于制程简单与可靠性佳的考虑，我们选用绝缘的热硬化黏胶接合技术与柱形金凸块技术。
我们也用这个方法将神经讯号放大器的ASICS芯片接合上管脚阵列封装载板。
第一个试做就产出了一个100% 功能良好的产品。
