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芯片封裝技術之倒裝芯片封裝是電子設備制造所必需的一項工藝

合明科技 ?? 2803 Tags:Flip chip芯片封裝清洗倒裝芯片
把這個芯片固定在電路板或其他基板上,實現芯片性能的正常輸出,最常見的可以采用的方法有三種:

第一種是通過引線連接,采用導電性好的金絲將芯片管腳與電路相連接,稱為wire bonding。

第二種是管腳貼合技術,將金絲轉換成銅箔,銅箔與芯片管腳的凸點貼合,稱為TAB。

第三種是倒裝技術,是將芯片上導電的凸點與電路板上的凸點通過一定工藝連接起來,稱為Flip chip。

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由于半導體越來越集成化,體積越來越小,性能越來越高,于是倒焊技術越來越廣泛的得到了應用。

倒裝芯片工藝是指通過在芯片的I/0 焊盤上直接沉積,或者通過 RDL 布線后沉積凸塊(包括錫鉛球、無鉛錫球、銅桂凸點及金凸點等),然后將芯片翻轉,進行加熱,使熔融的焊料與基板或框架相結合,將芯片的 I/0 扇出成所需求的封裝過程。倒裝芯片封裝產品示意圖如圖所示。

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與傳統的引線鍵合工藝相比,倒裝芯片封裝工藝具有如下優點。

(1)VO 密度高。

  (2) 由于采用了凸點結構,互連長度大大縮短,互連線電阻、電感更小,封裝的電性能得到極大的改善

(3) 芯片中產生的熱量可通過焊料凸點直接傳輸到封裝襯底上,因此芯片溫度會降低。

倒裝芯片包括許多不同的工藝方法。目前,業界倒裝芯片的凸點技術主要有金凸點、錫凸點及銅柱凸點,對應的焊接工藝主要為超聲波熱壓焊、回流焊及熱壓焊。由于技術的發展和產品的不同,底部填充工藝主要分為毛細底部填充、塑封底部填充、非導電型膠水(NCP)或膠膜 (NCF)底部填充。圖所示為凸點示意圖。

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隨著圓片 CMOS 工藝不斷向 16nm、10nm、7nm 等高密度方向發展,對芯片V0的密度和性能要求越來越高,這都需要產品采用倒裝工藝來滿足芯片的需求。倒裝芯片對高密度微凸點技術、小節距倒裝芯片鍵合技術及底部填充技術等方面的封裝工藝及可靠性的要求也越來越高。每種工藝方法都有不同之處,且應用范圍也有所不同。例如,就電路板或基板類型的選擇而言,無論它是有機材料、陶瓷材料還是柔性材料,都決定著組裝材料(包括凸點類型、焊劑底部填充材料等)的選擇,而且在一定程度上還決定著所需設備的選擇。因此,未來倒裝芯片的封裝需要結合產品應用、芯片設計、封裝設計、封裝材料、封裝設備及封裝工藝來共同選擇工藝組合,以找到最優的封裝方案。

如今,倒裝芯片技術已廣泛應用于消費類電子領域,未來在物聯網、汽車電子、大數據等方面的應用也會更廣泛,倒裝芯片封裝被認為是推進低成本高密度便攜式電子設備制造所必需的一項工藝。

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倒裝芯片主要通過四個步驟完成:

第一步:凸點底部金屬化 (UBM=under bump metallization)

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凸點金屬化是為了將半導體中P-N結的性能引出,其中熱壓倒裝芯片連接最合適的凸點材料是金,凸點可以通過傳統的電解鍍金方法生成,或者采用釘頭凸點方法,后者就是引線鍵合技術中常用的凸點形成工藝。

UBM的沉積方法主要有:

濺射:用濺射的方法一層一層地在硅片上沉積薄膜,然后通過照相平版技術形成UBM圖樣,然后刻蝕掉不是圖樣的部分。

蒸鍍:利用掩模,通過蒸鍍的方法在硅片上一層一層地沉積。這種選擇性的沉積用的掩模可用于對應的凸點的形成之中。

化學鍍:采用化學鍍的方法在Al焊盤上選擇性地鍍Ni。常常用鋅酸鹽工藝對Al表面進行處理。無需真空及圖樣刻蝕設備,低成本。

第二步:芯片凸點

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這部分是形成凸點,可以看做給P-N結做電極,類似于給電池加工一個輸出端。

常見的6種形成凸點形成辦法:

蒸鍍焊料凸點,

電鍍焊料凸點,

印刷焊料凸點,

釘頭焊料凸點

放球凸點

焊料轉移凸點

以典型的電鍍焊料凸點來看,其加工示意圖如下:

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完成后的凸點在掃描電子顯微鏡下觀察,微觀形態是一個體型均勻的金屬球。

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下圖是凸點形成前后的對比,回流加熱前為圓柱體,加熱后金屬材料融化,形成球形融化電極。

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第三步:將已經凸點的晶片組裝到基板/板卡上

在熱壓連接工藝中,芯片的凸點是通過加熱、加壓的方法連接到基板的焊盤上。
該工藝要求芯片或者基板上的凸點為金凸點,同時還要有一個可與凸點連接的表面,如金或鋁。對于金凸點,一般連接溫度在300℃左右,這樣才能使材料充分軟化,同時促進連接過程中的擴散作用。

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第四步:使用非導電材料填充芯片底部孔隙

填充時,將倒裝芯片與基板加熱到70至75℃,利用裝有填料的L形注射器,沿著芯片的邊緣雙向注射填料。
由于縫隙的毛細管的虹吸作用,填料被吸入,并向中心流動。
芯片邊緣有阻擋物,以防止流出。有的使用基板傾斜的方法以利于流動。填充完畢后,在烘箱中分段升溫,達到130 ℃左右的固化溫度后,保持3到4小時即可達完全固化。

下面是填膠示意圖:

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填膠完成后的芯片和基板穩定的結合在一起,完成后的示意圖:

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芯片封裝清洗:

合明科技研發的水基清洗劑配合合適的清洗工藝能為芯片封裝前提供潔凈的界面條件。

水基清洗的工藝和設備配置選擇對清洗精密器件尤其重要,一旦選定,就會作為一個長期的使用和運行方式。水基清洗劑必須滿足清洗、漂洗、干燥的全工藝流程。

污染物有多種,可歸納為離子型和非離子型兩大類。離子型污染物接觸到環境中的濕氣,通電后發生電化學遷移,形成樹枝狀結構體,造成低電阻通路,破壞了電路板功能。非離子型污染物可穿透PC B 的絕緣層,在PCB板表層下生長枝晶。除了離子型和非離子型污染物,還有粒狀污染物,例如焊料球、焊料槽內的浮點、灰塵、塵埃等,這些污染物會導致焊點質量降低、焊接時焊點拉尖、產生氣孔、短路等等多種不良現象。

這么多污染物,到底哪些才是最備受關注的呢?助焊劑或錫膏普遍應用于回流焊和波峰焊工藝中,它們主要由溶劑、潤濕劑、樹脂、緩蝕劑和活化劑等多種成分,焊后必然存在熱改性生成物,這些物質在所有污染物中的占據主導,從產品失效情況來而言,焊后殘余物是影響產品質量最主要的影響因素,離子型殘留物易引起電遷移使絕緣電阻下降,松香樹脂殘留物易吸附灰塵或雜質引發接觸電阻增大,嚴重者導致開路失效,因此焊后必須進行嚴格的清洗,才能保障電路板的質量。

合明科技運用自身原創的產品技術,滿足芯片封裝工藝制程清洗的高難度技術要求,打破國外廠商在行業中的壟斷地位,為芯片封裝材料全面國產自主提供強有力的支持。

推薦使用合明科技水基清洗劑產品。



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