半导体封装技术简介 什么是倒装芯片技术？

一、半导体封装技术简介

从事半导体行业，尤其是半导体封装行业的人，总绕不开几种封装工艺，那就是芯片粘接、引线键合、倒装连接技术。

尤其以引线键合(Wire Bonding)及倒装连接(Flip Chip Bonding)最为常见，因为载带连接技术(TAB)有一定的局限性，封装上逐渐淘汰了这种技术。

倒装芯片技术是通过芯片上的凸点直接将元器件朝下互连到基板、载体或者电路板上。引线键合的连接方式是将芯片的正面朝上，通过引线(通常是金线)将芯片与线路板连接。 

引线键合、载带连接、倒装连接各有特点。其中倒装连接以结构紧凑，可靠性高在封装行业应用越来越广泛。

二、什么是倒装芯片技术？

伴随半导体芯片体积的逐渐减小，对芯片封装技术要求越来越高，封装技术向着晶圆及封装发展。

在对传统芯片进行封装时，通常是将晶圆进行切割成Die，再对每一个Die进行封装，伴随封装技术的成熟，在最新的半导体封装中，将封装工艺与半导体工艺进行融合，在晶圆上对芯片进行统一封装，再切割形成可靠性更高的独立芯片。

随着倒装技术的成熟应用，目前全世界的倒装芯片消耗量超过年60万片，且以约50%的速度增长，3%的晶圆封装用于倒装芯片凸点技术，几年后可望超过20%。

倒装芯片元件主要用于半导体设备，有些元件，如无源滤波器，探测天线，存储器装备也开始使用倒装芯片技术，由于芯片直接通过凸点直接连接基板和载体上。因此，更确切的说，倒装芯片也叫DCA(Direct Chip Attach)，下图中CPU及内存条等电子产品是最常见的应用倒装芯片技术的器件。

下图是内存条中存储芯片通过倒装技术与线路板连接，芯片与电路板中间通过填充胶固定。

在典型的倒装芯片封装中, 芯片通过3到5个密耳(1mil=25um)厚的焊料凸点连接到芯片载体上，底部填充材料用来保护焊料凸点。

下图是一张典型的倒装连接图，芯片与下方的基板采用倒装方式连接：

三、倒装技术技术细节

其中电镀焊料凸点的具体形成过程如下图：

芯片表面形成的凸点在扫描电镜下观察到的外观如下图所示：

下图中的左图是回流（高温）前的凸点状态，右图是经高温后的凸点状态，经高温后凸点融化成球形。

化学镀UBM和丝网印刷工艺(Electroless UBM and Stencil Printing)是工业应用中低成本倒装焊凸点制备方法。

以下是丝网印刷凸点制作流程（Stencil Printing Process Flow）及完成后的凸点形貌：

第四步：底部填充与固化

倒装连接后已完成了芯片与基板的连接，为了提高倒装稳定性，会在倒装后的芯片与基板之间采用填充胶加固，填胶工艺如下图所示：

  (c)性能增加: 短的互连距离减小了电感、电阻以及电容，保证了信号延迟减少、较好的高频率、以及从晶片背面较好的热通道。

(d)提高了可靠性:大芯片的环氧填充确保了高可靠性。倒装芯片可减少三分之二的互连引脚数。

来源：半导体封装工程师之家

审核编辑：汤梓红