芯片與封裝的互聯(lián)方式常見的主要有WB和FC兩種,上節(jié)介紹完了WB工藝,本節(jié)主要講FC工藝。
芯片倒裝(Flip Chip),顧名思義,需要將芯片正面(有源面)朝下倒置,實現(xiàn)與載板組裝和互聯(lián)鍵合。使用倒裝焊工藝,首先要將芯片處理成FlipChip的形式,需要在芯片表面布置上連接點,用來實現(xiàn)芯片I/O電路和封裝載板的連接,此連接點稱為晶圓凸點(bump)。凸點制作工藝很多,如蒸發(fā)/濺射法、焊膏印刷-回流法、電鍍法、釘頭法、置球凸點法等,各種凸點制作工藝其各有特點,關(guān)鍵是要保證凸點的一致性。凸點按材質(zhì)可分為錫鉛凸點(Solder bump)、銅凸點(Copper bump)、金凸點(Gold bump)等,詳見下圖。凸點長度很短,具有很小的感性系數(shù),有益于芯片電性能的發(fā)揮;另外凸點采用面陣列布置,極大的提高信號互聯(lián)密度,滿足不斷增長的I/O數(shù)需求,目前大規(guī)模集成電路芯片普遍采用FC形式,如CPU、GPU等。

常見的三種凸點形式及結(jié)構(gòu)
FC倒裝技術(shù)主要有熔焊、熱壓焊、超聲焊、膠粘連接等,現(xiàn)在應(yīng)用較多的有熱壓焊和超聲焊。
熱壓焊接工藝要求在把芯片貼放到基板上時,同時加壓加熱。該方法的優(yōu)點是工藝簡單,工藝溫度低,無需使用焊劑,可以實現(xiàn)細間距連接;缺點是熱壓壓力較大,基板必須保證高的平整度,熱壓頭也要有高的平行對準精度,其工藝過程詳見下圖及視頻。

銅凸點芯片倒裝過程
超聲熱壓焊接是將超聲波應(yīng)用在熱壓連接中,使焊接過程更加快速。超聲波的引入使連接材料迅速軟化,易于實現(xiàn)塑性變形,其優(yōu)點是可以降低連接溫度,縮短加工處理的時間,缺點是由于超聲震動過強,可能在硅片上形成小的凹坑。超聲熱壓焊主要適用于金凸點(Gold Bump)與鍍金焊盤的鍵合(詳細過程參考下面視頻)。
點擊視頻鏈接: Thermosonic Bonding.mp4

鉛錫凸點、銅凸點、金凸點焊接后的焊點
以上章節(jié)主要集中講解封裝工藝,沒有展開有關(guān)封裝載板的知識。作為封裝工藝中最關(guān)鍵的原材料——封裝載板,其加工工藝和尤其表面處理工藝與封裝工藝有著密切的聯(lián)系。如上圖中的銅凸點鍵合工藝,由于凸點上的錫(Cap)比較少,焊接時,載板上的焊盤會將大部分錫吸走,從而不能形成良好的焊點,嚴重影響封裝的成品率和產(chǎn)品的可靠性,而采用用BOL(Bond on Line)工藝,則可以避免這種問題,對應(yīng)的載板布線和焊點如下圖。不同的封裝工藝對應(yīng)不同的基板工藝,兩者密切配合,才能完美實現(xiàn)芯片的封裝。接下來我們將分章節(jié)系列介紹各種封裝載板的加工工藝,以期大家對封裝有更全面的了解。

BOL載板