一个新技术的出现有其好处必也有其弊端,好处不必说,良好的热性能,尺 寸相对的小,电性能更加的优良,I/O 密度高,以及可靠性大和更容易被制造。 但从不好的方面来看,因为是微电子,所以它的焊点之间的距离小、封装的密度 高、基底和芯片热膨胀系数容易失配,热疲劳损伤的问题就会比较多,产生内部 缺陷,有了内部缺陷就要去检测。在封装过程中常见的内部缺陷有:焊球脱开、 短路、虚焊、缺失之类的。我们把它检测出来,然后再找到更好的方法去改进他。
要大规模的做集成电路要求很多,既要求芯片轻、薄、短、小, 还要芯片增 加信号的输入/ 输出引脚数目, 在这种情况下制造芯片时就会变得更困难,而现 代科技需求的增加使得要发展新的封装技术。就是这样近几年倒装焊芯片技术开 始发展了起来,它是一种全新的封装技术,因为我们要的就是增加引脚数,它能 够充分的利用芯片电路所占的面积来达到这个目的。
1。2 封装技术
倒装芯片是和传统金属线键合连接方式(Wire Bonding)以及植球后的工艺 比较下来,由于它与传统不同的连接方式而命名的。倒装芯片技术的过程很简单, 首先在铜板上沉积锡铅球,然后,加热芯片,再把它翻过来,由于是加热过的, 之前沉积的锡铅球就会融化,然后把它直接面朝下,连接上基底、电路板等,所 以又叫直接芯片键合技术。它和传统的微电子互连技术是有很大区别的,芯片是 用金属线键合与基板连接,芯片的电气面向上(图 1。1),反过来和着基板贴合, 而倒装芯片技术是相反的,它是有源区面向下的,也就是把电气面向下(图 1。2), 也就是将整个芯片翻过来,故称其为“倒装芯片”。在圆片(Wafer) 上植球, 把它翻过来,送入贴片机,贴装起来就比较方便,而这一个翻过来的过程,就被 称之为“倒装芯片”。
引线封装技术 倒装芯片封装技术
倒装芯片的封装过程主要是先在芯片上做出焊点,然后把芯片倒转过来,加 热后和基底对准键合在一起,最后把填充物放在芯片和基底之间,那是一种绝缘 物质,是用来抵消芯片和基底之间因为热膨胀系数没有相配而出现的应力,从而 可以实现防止产生缺陷。
因为有了倒装芯片技术,集成电路的封装密度变得更加的小,而且由于它的 整体结构的变化,使得它传统的引线键合技术比较起来它有了更好的散热性能,
结温性能较低,I/O 端口的密度更高,封装尺寸更是变得微小,这些优点也使得 它的运用更加的广范。
1964 年,倒装芯片是开始出现的,1969 年,IBM 发明了倒装芯片的 C4 工艺
(Controlled Collapse Chip Connection, 可控坍塌芯片联接)。过去它的使 用很少,但近几年来,倒装芯片作为一种高性能封装的互连方法在各个技术领域 都普遍的开始使用,它的发展变得更加的迅速。它的应用现在也特别得多,主要 在 Wi- Fi、SiP、MCM、图像传感器、微处理器、硬盘驱动器,以及 RFID 等方面。
倒装芯片中是有焊球的,这些凸起的焊球导致了封装的时候不能够密封起 来,还会要使用刚性凸点。从这里就可以看出来,倒装芯片的方法和传统采用引 线键合连接芯片和基板的方法是不同的。以前的 C4 都是在陶瓷基板(CTE 为 7ppm) 上和芯片(热膨胀系数,即 CTE 约为 2.3-2.8ppm)一起组装的。这样子的话需 要在这两者中间加一些填充物,来解决芯片和基板中间,在功率与热循环的时候 出现的 CTE 失配,但是不能够让它保持干燥。CTE 失配的话可能会让芯片断裂, 因为失配会让芯片和基板发生膨胀和收缩的情况,而且发生的速度不一。