【正文】 熱阻為 1000 1500 oC/W，將一個(gè)焊料凸點(diǎn)的熱阻除以芯片上凸點(diǎn)的個(gè)數(shù)，就可以粗略估算出倒裝芯片中芯片與基底之間的熱阻。另一個(gè)失效就是腐蝕以及原子遷移導(dǎo)致的結(jié)構(gòu)中的電場(chǎng)以及熱梯度。 其他條件相同條件下不同材料的熱疲勞壽命比較 熱疲勞 華中科技大學(xué)材料學(xué)院連接與電子封裝中心 2023/1/13 Prof. Wu Fengshun, 128 底部填充材料吸收了一定的應(yīng)力，在某些情況下回將其本身的變形轉(zhuǎn)嫁給芯片，于是芯片中的應(yīng)力過(guò)大而導(dǎo)致開(kāi)裂。傳統(tǒng)的 IC一般進(jìn)行全面的測(cè)試，然后包封起來(lái)，因?yàn)槠渥罱K的測(cè)試可以很容易地進(jìn)行。 測(cè)試－ 03 華中科技大學(xué)材料學(xué)院連接與電子封裝中心 2023/1/13 Prof. Wu Fengshun, 132 一般的倒裝芯片組裝是通過(guò)焊料將凸點(diǎn)焊接到電路板上。 3. 還可阻止焊料蠕變 ， 并增加倒裝芯片連接的強(qiáng)度與剛度 。 防止 PCB熱變形 。即要求雜質(zhì)離子（ Cl－，Na＋、 K＋）等數(shù)量要低。芯片邊緣有阻擋物，以防止流出。 3. 填充方法：從一邊填充會(huì)導(dǎo)致流動(dòng)時(shí)間長(zhǎng) ， 從兩邊填充會(huì)導(dǎo)致內(nèi)部產(chǎn)生氣孔 。 華中科技大學(xué)材料學(xué)院連接與電子封裝中心 2023/1/13 Prof. Wu Fengshun, 139 常用填充方法 填充時(shí)，將倒裝芯片與基板加熱到 70至 75 oC，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。使得互連應(yīng)力小。 填料與凸點(diǎn)連接處的 Z方向 CTE要匹配 。 生產(chǎn)過(guò)程 華中科技大學(xué)材料學(xué)院連接與電子封裝中心 2023/1/13 Prof. Wu Fengshun, 134 底部填充 華中科技大學(xué)材料學(xué)院連接與電子封裝中心 2023/1/13 Prof. Wu Fengshun, 135 底部填充的作用 1. Si的 CET： 、 FR4的為 ， 在功率循環(huán)與熱循環(huán)工作中 ， CET失配導(dǎo)致 焊點(diǎn)熱應(yīng)力 ， 而發(fā)生疲勞失效 。這種情況下，晶片被安裝到與單芯片相同的單芯片封裝中，在焊盤間進(jìn)行臨時(shí)電氣連接，然后進(jìn)行傳統(tǒng)的測(cè)試。最好在芯片焊接將就進(jìn)行測(cè)試，以確保芯片是真正好的芯片（ KGD, KnownGood Die），以減少返修的可能。 可靠性 華中科技大學(xué)材料學(xué)院連接與電子封裝中心 2023/1/13 Prof. Wu Fengshun, 127 當(dāng)不使用底部填充時(shí)，熱疲勞是焊點(diǎn)可靠性的主要問(wèn)題。正是由于倒裝芯片組裝的這種優(yōu)點(diǎn)，信號(hào)的傳輸時(shí)延可以顯著降低。但是，每一個(gè)焊盤上涂覆的焊料的高度和體積應(yīng)該盡可能均勻一致。 若干問(wèn)題－ 01 華中科技大學(xué)材料學(xué)院連接與電子封裝中心 2023/1/13 Prof. Wu Fengshun, 121 ? 在倒裝芯片連接中，采用面陣列焊盤的形式可以增加輸入輸出 I/O數(shù)，如果要將周邊陣列改為面陣列，則需要改變晶片上電路的結(jié)構(gòu)，然后再進(jìn)行凸點(diǎn)工藝。 厚度的金薄層。 華中科技大學(xué)材料學(xué)院連接與電子封裝中心 2023/1/13 Prof. Wu Fengshun, 111 釘頭凸點(diǎn)形貌 未整形的 Au釘頭凸點(diǎn)與整形后的凸點(diǎn) 華中科技大學(xué)材料學(xué)院連接與電子封裝中心 2023/1/13 Prof. Wu Fengshun, 112 釘頭焊料凸點(diǎn)步驟示意圖 華中科技大學(xué)材料學(xué)院連接與電子封裝中心 2023/1/13 Prof. Wu Fengshun, 113 凸點(diǎn)形貌 Sn/Pb釘頭凸點(diǎn) 在 300176。 Stencil Printing Bumping Flip Chip Technology 絲網(wǎng)印刷凸點(diǎn)倒裝焊技術(shù) 華中科技大學(xué)材料學(xué)院連接與電子封裝中心 2023/1/13 Prof. Wu Fengshun, 102 焊膏印刷凸點(diǎn)橫截面示意圖 華中科技大學(xué)材料學(xué)院連接與電子封裝中心 2023/1/13 Prof. Wu Fengshun, 103 焊膏印刷凸點(diǎn)的步驟示意圖 華中科技大學(xué)材料學(xué)院連接與電子封裝中心 2023/1/13 Prof. Wu Fengshun, 104 步驟 清洗： 方法與目的與蒸鍍相同。 華中科技大學(xué)材料學(xué)院連接與電子封裝中心 2023/1/13 Prof. Wu Fengshun, 96 步驟－ 02 焊料的電鍍： 再次施加掩模，以電鍍凸點(diǎn)（ d） 。于是為了沉積共晶焊料，往往在 UBM的結(jié)構(gòu)中， Ti/W作為結(jié)合層，其上有一層 Cu的潤(rùn)濕層。 這層薄薄的蓋子允許器件連接到有機(jī)板上而不用在施加共晶焊料。 華中科技大學(xué)材料學(xué)院連接與電子封裝中心 2023/1/13 Prof. Wu Fengshun, 85 凸點(diǎn)技術(shù) —— 02 ? 根據(jù)芯片的其它部分、有機(jī)基板等的工作溫度要求，開(kāi)發(fā)出了高錫焊料，如 37Pb/63Sn的回流溫度為 200?C 左右 . 華中科技大學(xué)材料學(xué)院連接與電子封裝中心 2023/1/13 Prof. Wu Fengshun, 86 焊料凸點(diǎn)方法 將簡(jiǎn)介討論 7中常見(jiàn)的凸點(diǎn)形成辦法 : ? 蒸鍍焊料凸點(diǎn) , ? 電鍍焊料凸點(diǎn) , ? 印刷焊料凸點(diǎn) , ? 釘頭焊料凸點(diǎn) ? 放球凸點(diǎn) ? 焊料轉(zhuǎn)移凸 華中科技大學(xué)材料學(xué)院連接與電子封裝中心 2023/1/13 Prof. Wu Fengshun, 87 蒸鍍凸點(diǎn) 華中科技大學(xué)材料學(xué)院連接與電子封裝中心 2023/1/13 Prof. Wu Fengshun, 88 蒸鍍凸點(diǎn)步驟示意圖 華中科技大學(xué)材料學(xué)院連接與電子封裝中心 2023/1/13 Prof. Wu Fengshun, 89 步驟－ 01 現(xiàn)場(chǎng)對(duì)硅片濺射清洗（ a）： 在沉積金屬前去除氧化物或者照相掩模。之后，鋁再被浸入化學(xué)鍍鎳的溶液中進(jìn)行化學(xué)鍍。因此，在該工藝中，鋁的厚度至少應(yīng)該大于 1 mm 。 最一般的方法是在鋁焊盤上鋅酸鹽處理 (zincation) ，還有：鍍鈀活化 (palladium activation) 、鎳置換 (nickel displacement) 、直接鍍鎳等。 華中科技大學(xué)材料學(xué)院連接與電子封裝中心 2023/1/13 Prof. Wu Fengshun, 68 常見(jiàn)的 UBM方法 UBM形成方法－化學(xué)鍍鎳方法 華中科技大學(xué)材料學(xué)院連接與電子封裝中心 2023/1/13 Prof. Wu Fengshun, 69 化學(xué)鍍鎳 化學(xué)鍍鎳用作 UBM的沉積，金屬鎳起到連接 /擴(kuò)散阻擋的作用，同時(shí)也是焊料可以潤(rùn)濕的表面。例如 Cu潤(rùn)濕層合適于含錫 3～ 5％的高鉛焊料，但是不適合于高錫焊料，因?yàn)? Cu與 Sn反應(yīng)迅速而生成 SnCu金屬間化合物。 典型厚度： mm. 華中科技大學(xué)材料學(xué)院連接與電子封裝中心 2023/1/13 Prof. Wu Fengshun, 63 UBM結(jié)構(gòu) —— 02 2 焊料潤(rùn)濕層： 典型金屬 : Cu、 Ni、 Pd。 凸點(diǎn) 華中科技大學(xué)材料學(xué)院連接與電子封裝中心 2023/1/13 Prof. Wu Fengshun, 51 各向同性導(dǎo)電膠形成的凸點(diǎn)的 SEM照片 凸點(diǎn)形貌 華中科技大學(xué)材料學(xué)院連接與電子封裝中心 2023/1/13 Prof. Wu Fengshun, 52 與鉛錫焊料相比 ， 導(dǎo)電膠 (無(wú)論是各向同性還是各向異性 )都是熱的不良導(dǎo)體 ， 但是采用導(dǎo)電膠并不會(huì)使元件的熱阻增加多少 ， 因?yàn)樵?nèi)產(chǎn)生的熱量?jī)H有少量通過(guò)倒裝芯片的連接接點(diǎn)傳遞 ， 主要是受芯片尺寸和基板材料的影響 。在連接前，導(dǎo)電膠在各個(gè)方向上都是絕緣的，但是在連接后它在垂直方向上導(dǎo)電。連接區(qū)的裂紋多是在從連接溫度冷卻下來(lái)的過(guò)程中產(chǎn)生的。在熱壓倒裝芯片連接中，凸點(diǎn)發(fā)生變形是不可避免的，這也是形成良好連接所必需的。為了避免半導(dǎo)體材料受到不必要的損害，施加壓力時(shí)應(yīng)該有一定的梯度。由于可以采用現(xiàn)成的引線鍵合設(shè)備，因此無(wú)需配備昂貴的凸點(diǎn)加工設(shè)備，金引線中應(yīng)該加入 1% 的 Pd ，這樣便于卡斷凸點(diǎn)上部的引線。 底部填充： 通過(guò)擠壓將低粘度的環(huán)氧類物質(zhì)填充到芯片底部，然 后加熱固化。 華中科技大學(xué)材料學(xué)院連接與電子封裝中心 2023/1/13 Prof. Wu Fengshun, 11 I/O 數(shù)比較 倒裝芯片與扁平封裝的引腳數(shù)比較 華中科技大學(xué)材料學(xué)院連接與電子封裝中心 2023/1/13 Prof. Wu Fengshun, 12 信號(hào)效果比較 華中科技大學(xué)材料學(xué)院連接與電子封裝中心 2023/1/13 Prof. Wu Fengshun, 13 缺點(diǎn)－ 01 ? 裸芯片很難測(cè)試 ? 凸點(diǎn)芯片適應(yīng)性有限 ? 隨著間距地減小和引腳數(shù)的增多導(dǎo)致 PCB技術(shù)面臨挑戰(zhàn) ? 必須使用 X射線檢測(cè)設(shè)備檢測(cè)不可見(jiàn)的焊點(diǎn) ? 和 SMT工藝相容性較差 華中科技大學(xué)材料學(xué)院連接與電子封裝中心 2023/1/13 Prof. Wu Fengshun, 14 缺點(diǎn)－ 02 ? 操作夾持裸晶片比較困難 ? 要求很高的組裝精度 ? 目前使用底部填充要求一定的固化時(shí)間 ? 有些基板可靠性較低 ? 維修很困難或者不可能 華中科技大學(xué)材料學(xué)院連接與電子封裝中心 2023/1/13 Prof. Wu Fengshun, 15 倒裝芯片工藝概述 主要工藝步驟： 第一步： 凸點(diǎn)底部金屬化 (UBM) 第二步：芯片凸點(diǎn) 第三步：將已經(jīng)凸點(diǎn)的晶片組裝到基板／板卡上 第四步：使用非導(dǎo)電材料填充芯片底部孔隙 華中科技大學(xué)材料學(xué)院連接與電子封裝中心 2023/1/13 Prof. Wu Fengshun, 16 第一步：凸點(diǎn)下金屬化 （ UBM， under bump metallization） 華中科技大學(xué)材料學(xué)院連接與電子封裝中心 2023/1/13 Prof. Wu Fengshun, 17 第二步 : 回流形成凸點(diǎn) 華中科技大學(xué)材料學(xué)院連接與電子封裝中心 2023/1/13 Prof. Wu Fengshun, 18 第三步：倒裝芯片組裝 華中科技大學(xué)材料學(xué)院連接與電子封裝中心 2023/1/13 Prof. Wu Fengshun, 19 第四步：底部填充與固化 華中科技大學(xué)材料學(xué)院連接與電子封裝中心 2023/1/13 Prof. Wu Fengshun, 20 不同的倒裝芯片焊點(diǎn) 華中科技大學(xué)材料學(xué)院連接與電子封裝中心 2023/1/13 Prof. Wu Fengshun, 21 底部填充與否 有各種不同的倒裝芯片互連工藝，但是其結(jié)構(gòu)基本特點(diǎn)都是芯片面朝下，而連接則使用金屬凸點(diǎn)。 I/O 不像導(dǎo)線鍵合中出于四周而收到數(shù)量的限制。 95Pb5Sn凸點(diǎn)包圍著電鍍 NiAu的銅球。 華中科技大學(xué)材料學(xué)院連接與電子封裝中心 2023/1/13 Prof. Wu Fengshun, 6 三種晶片級(jí)互連方法 華中科技大學(xué)材料學(xué)院連接與電子封裝中心 2023/1/13 Prof. Wu Fengshun, 7 倒裝芯片歷史 1. IBM1960年研制開(kāi)發(fā)出在芯片上制作凸點(diǎn)的倒裝芯片焊接工藝技術(shù)。 ? 功能增強(qiáng) : 使用倒裝芯片能增加 I/O 的數(shù)量。 ? 低成本： 批量的凸點(diǎn)降低了成本。 測(cè)試： 由于固化后不能維修，所以在填充前要進(jìn)行測(cè)試。 華中科技大學(xué)材料學(xué)院連接與電子封裝中心 2023/1/13 Prof. Wu Fengshun, 32 凸點(diǎn) 熱壓倒裝芯片連接最合適的凸點(diǎn)材料是金，凸點(diǎn)可以通過(guò)傳統(tǒng)的電解鍍金方法生成，或者采用釘頭凸點(diǎn)方法，后者就是引線鍵合技術(shù)中常用的凸點(diǎn)形成工藝。另外，基板必須保證較高的平整度，熱壓頭也要有較高的平行對(duì)準(zhǔn)精度。C 的連接溫度， 要有較高的平行對(duì)準(zhǔn)精度，為了防止半導(dǎo)體材料發(fā)生損傷，施加壓力時(shí)應(yīng)該保持一定的梯度。 華中科技大學(xué)材料學(xué)院連接與電子封裝中心 2023/1/13 Prof. Wu Fengshun, 43 可靠性 與一般的焊點(diǎn)連接一樣，熱壓倒裝芯片連接的可靠性也要受到基板與芯片的熱膨脹系數(shù) (CTE)失配的影響，此外焊點(diǎn)的高度、焊點(diǎn)之間的最大間距亦會(huì)對(duì)可靠性造成影響。該工藝的優(yōu)點(diǎn)是： ? 工藝簡(jiǎn)單 ? 固化溫度低 ? 連接后無(wú)需清洗 華中科技大學(xué)材料學(xué)院連接與電子封裝中心 2023/1/13 Prof. Wu Fengshun, 47 各向異性導(dǎo)電膠 是膏狀或者薄膜狀的熱塑性環(huán)氧樹(shù)脂，加入了一定含量的金屬顆?；蚪饘偻扛驳母叻肿宇w粒。各向同性導(dǎo)電膠本身也可以作為凸點(diǎn)材料，此時(shí)應(yīng)避免使鋁表面的金屬化層接觸到粘性凸點(diǎn)，因?yàn)殇X很容易氧化，最終將形成不導(dǎo)電的連接。 對(duì) UBM的要求－ 03 華中科技大學(xué)材料學(xué)院連接與電子封裝中心 2023/1/13 Prof. Wu Fengshu