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芯片封裝技術的步驟、優點與倒裝芯片工藝清洗介紹

發布日期:2023-05-24 發布者:合明科技 瀏覽次數:4772

要把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。

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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。

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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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。



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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。

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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倒裝芯片結構從上至下依次為藍寶石襯底、N型半導體層,發光層,P型半導體層和電極,與正裝結構相比,該結構中PN結處產生的熱量不經過襯底即可直接傳導到熱沉,因而散熱性能良好,芯片發光效率和可靠性較高;倒裝結構中,p電極和n電極均處于底面,避免了對出射光的遮擋,芯片出光效率較高;此外,倒裝芯片電極之間距離較遠,可減小電極金屬遷移導致的短路風險。

倒裝芯片工藝清洗:

在倒裝芯片通過回流焊焊接在基板上后,需用填充料對裸片進行填充,故任何的焊后殘留都會讓填充效果存在分層、空洞和條紋等界面缺陷。所以對芯片和基材之間狹小空間里的助焊劑殘留物是一項不可缺少的工序。合明科技研發的清洗劑具有高效的清洗能力和滲透能力,將殘留去除,有效防止分層和條紋缺陷;清洗后可為倒裝芯片的底部填充提供適當的潤濕度,有效防止空洞產生。

以上內容是對倒裝芯片封裝技術和優缺點與倒裝貼片后清洗的介紹,合明科技為您提供專業倒裝芯片工藝水基清洗工藝解決方案。如需進一步了解電子制程工藝中精密清洗相關解決方案,可以使用電話、微信、郵件與我們聯絡咨詢。


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以上為本公司一些經驗的累積,因工藝問題內容廣泛,沒有面面俱到,只對常見問題作分析,隨著電子產業的不斷更新換代,新的工藝問題也不斷出現,本公司自成立以來不斷的追求產品的創新,做到與時俱進,熟悉各種生產復雜工藝,能為各種客戶提供全方位的工藝、設備、材料的清洗解決方案支持。

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