如果大家手上有一顆芯片，要把這個(gè)芯片固定在電路板或其他基板上，實(shí)現(xiàn)芯片性能的正常輸出，最常見(jiàn)的可以采用的方法有三種：

第一種是通過(guò)引線連接，采用導(dǎo)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(shù)，將金絲轉(zhuǎn)換成銅箔，銅箔與芯片管腳的凸點(diǎn)貼合，稱為TAB。 第三種是倒裝技術(shù)，是將芯片上導(dǎo)電的凸點(diǎn)與電路板上的凸點(diǎn)通過(guò)一定工藝連接起來(lái)，稱為Flip chip。

由于半導(dǎo)體越來(lái)越集成化，體積越來(lái)越小，性能越來(lái)越高，于是倒焊技術(shù)越來(lái)越廣泛的得到了應(yīng)用。 倒裝芯片工藝是指通過(guò)在芯片的I/0 焊盤上直接沉積，或者通過(guò) RDL 布線后沉積凸塊（包括錫鉛球、無(wú)鉛錫球、銅桂凸點(diǎn)及金凸點(diǎn)等)，然后將芯片翻轉(zhuǎn)，進(jìn)行加熱，使熔融的焊料與基板或框架相結(jié)合，將芯片的 I/0 扇出成所需求的封裝過(guò)程。倒裝芯片封裝產(chǎn)品示意圖如圖所示。

與傳統(tǒng)的引線鍵合工藝相比，倒裝芯片封裝工藝具有如下優(yōu)點(diǎn)。 （1）VO 密度高。 （2） 由于采用了凸點(diǎn)結(jié)構(gòu)，互連長(zhǎng)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(chǎn)生的熱量可通過(guò)焊料凸點(diǎn)直接傳輸?shù)椒庋b襯底上，因此芯片溫度會(huì)降低。 倒裝芯片包括許多不同的工藝方法。目前，業(yè)界倒裝芯片的凸點(diǎn)技術(shù)主要有金凸點(diǎn)、錫凸點(diǎn)及銅柱凸點(diǎn)，對(duì)應(yīng)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(shù)的發(fā)展和產(chǎn)品的不同，底部填充工藝主要分為毛細(xì)底部填充、塑封底部填充、非導(dǎo)電型膠水（NCP）或膠膜 （NCF）底部填充。圖所示為凸點(diǎn)示意圖。

隨著圓片 CMOS 工藝不斷向 16nm、10nm、7nm 等高密度方向發(fā)展，對(duì)芯片V0的密度和性能要求越來(lái)越高，這都需要產(chǎn)品采用倒裝工藝來(lái)滿足芯片的需求。倒裝芯片對(duì)高密度微凸點(diǎn)技術(shù)、小節(jié)距倒裝芯片鍵合技術(shù)及底部填充技術(shù)等方面的封裝工藝及可靠性的要求也越來(lái)越高。每種工藝方法都有不同之處，且應(yīng)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(wú)論它是有機(jī)材料、陶瓷材料還是柔性材料，都決定著組裝材料（包括凸點(diǎn)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(shè)備的選擇。因此，未來(lái)倒裝芯片的封裝需要結(jié)合產(chǎn)品應(yīng)用、芯片設(shè)計(jì)、封裝設(shè)計(jì)、封裝材料、封裝設(shè)備及封裝工藝來(lái)共同選擇工藝組合，以找到最優(yōu)的封裝方案。 如今，倒裝芯片技術(shù)已廣泛應(yīng)用于消費(fèi)類電子領(lǐng)域，未來(lái)在物聯(lián)網(wǎng)、汽車電子、大數(shù)據(jù)等方面的應(yīng)用也會(huì)更廣泛，倒裝芯片封裝被認(rèn)為是推進(jìn)低成本高密度便攜式電子設(shè)備制造所必需的一項(xiàng)工藝。

倒裝芯片主要通過(guò)四個(gè)步驟完成： 第一步：凸點(diǎn)底部金屬化 (UBM=under bump metallization)

凸點(diǎn)金屬化是為了將半導(dǎo)體中P-N結(jié)的性能引出，其中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。 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(guò)照相平版技術(shù)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(guò)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(duì)應(yīng)的凸點(diǎn)的形成之中。 化學(xué)鍍:采用化學(xué)鍍的方法在Al焊盤上選擇性地鍍Ni。常常用鋅酸鹽工藝對(duì)Al表面進(jìn)行處理。無(wú)需真空及圖樣刻蝕設(shè)備，低成本。 第二步：芯片凸點(diǎn)

這部分是形成凸點(diǎn)，可以看做給P-N結(jié)做電極，類似于給電池加工一個(gè)輸出端。 常見(jiàn)的6種形成凸點(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)移凸點(diǎn) 以典型的電鍍焊料凸點(diǎn)來(lái)看，其加工示意圖如下：

完成后的凸點(diǎn)在掃描電子顯微鏡下觀察，微觀形態(tài)是一個(gè)體型均勻的金屬球。

下圖是凸點(diǎn)形成前后的對(duì)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。

第三步：將已經(jīng)凸點(diǎn)的晶片組裝到基板／板卡上 在熱壓連接工藝中，芯片的凸點(diǎn)是通過(guò)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(diǎn)為金凸點(diǎn)，同時(shí)還要有一個(gè)可與凸點(diǎn)連接的表面，如金或鋁。對(duì)于金凸點(diǎn)，一般連接溫度在300℃左右，這樣才能使材料充分軟化，同時(shí)促進(jìn)連接過(guò)程中的擴(kuò)散作用。

第四步：使用非導(dǎo)電材料填充芯片底部孔隙 填充時(shí)，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(xì)管的虹吸作用，填料被吸入，并向中心流動(dòng)。 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(dòng)。填充完畢后，在烘箱中分段升溫，達(dá)到130 ℃左右的固化溫度后，保持3到4小時(shí)即可達(dá)完全固化。 下面是填膠示意圖：

填膠完成后的芯片和基板穩(wěn)定的結(jié)合在一起，完成后的示意圖：

小結(jié) 經(jīng)過(guò)以上的四步工序，完成了芯片與基體的倒裝連接，雖然介紹起來(lái)并不復(fù)雜，但要完整完成這幾部工序依然是件系統(tǒng)的工程。倒裝芯片結(jié)構(gòu)從上至下依次為藍(lán)寶石襯底、N型半導(dǎo)體層,發(fā)光層，P型半導(dǎo)體層和電極，與正裝結(jié)構(gòu)相比，該結(jié)構(gòu)中PN結(jié)處產(chǎn)生的熱量不經(jīng)過(guò)襯底即可直接傳導(dǎo)到熱沉，因而散熱性能良好，芯片發(fā)光效率和可靠性較高;倒裝結(jié)構(gòu)中，p電極和n電極均處于底面，避免了對(duì)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(yuǎn)，可減小電極金屬遷移導(dǎo)致的短路風(fēng)險(xiǎn)。

審核編輯：黃飛

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