第8章芯片封装与装配技术.ppt

倒装芯片起源于可控塌陷芯片互连技术。该技术首先采 用铜，然后在芯片与基板之间制作高铅焊球。铜或高铅焊球 与基板之间的连接通过易熔焊料来实现。FC不仅仅是一种高 密度芯片互连技术，它还是一种理想的芯片粘接技术，在 PGA，BGA和CSP中都得到了广泛的应用。由于FC的互连 线非常短，而且I／O引出端分布于整个芯片表面，同时FC 也适合使用SMT的技术手段来进行批量化的生产，因此FC 将是封装以及高密度组装技术的最终发展方向。 （1）焊锡凸点 焊料凸点不仅起到了IC和电路板机 械互连的作用，还为两者提供了电和热 的通道。凸点由UBM和焊料球两部分组 成。UBM是焊盘和焊球之间的金属过渡层，位于圆片钝化 层的上部。作为焊料球的基底，UBM与圆片上的金属化层 有着非常好的粘附特性，与焊料球之间也有着良好的润湿特 性。UBM在焊球与IC金属焊盘之间作为焊料的扩散层，UBM作为氧化阻挡层还起着保护芯片的作用。 常用的焊锡凸点制备方法有蒸发法和电镀法。选择蒸发 法时，先用光刻工艺在圆片上形成UBM阻挡层，随后在其 上蒸发Sn-Pb合金焊料球，通过回流焊工艺形成球形的焊 料球。电镀法制备时，UBM溅射到整个晶圆的表面，随后 涂覆光刻胶，通过后续的光刻在焊盘处形成开口。通过电镀 法在开口处形成焊料，剥去光刻胶，腐蚀掉暴露在外的 UBM，通过回流焊形成焊球。 凸点高度的一致性对组装后的成品率有着很大的影响， 可利用破坏性凸点剪切强度试验来控制制备凸点工艺。 （2）FC的填充技术 对FC可靠性影响最大的是芯片和基座之间CTE匹配 度，导致焊点出现裂缝。常用的解决办法是在二者之间填充 流动的环氧树脂来减小应力，可将应力减小10倍以上。 倒装芯片最基本的步骤包括：制作芯片封装凸点、切 片、将芯片倒装在基板或载体上、芯片与基板再流焊、在 芯片与基板之间进行底部填充、老化、制作BGA焊球、将 最终的封装组装到另一块印制电路板上。 当前仅有少数芯片是利用FC技术组装，但随着微电子 及电子封装技术的快速发展，特别是与SMT工艺相互结合 后，FC终将会得到为迅速的发展并最终成为一种成熟的工 艺技术。 3.卷带自动结合（TAB） 卷带自动结合技术是先将裸体芯片以镀金或镀锡铅的突 块反扣结合在卷带脚架的内脚上，经自动测试后，再以卷带 架的外脚结合在电路板的焊垫上，这种以卷带式脚架为中间 载体，而将裸体芯片直接组装在 PCB上的技术，称为 “TAB技术”。 封装材料 芯片封装需要使用的材料很多，mold材料、lead frame材料等。 1.mold材料 mold材料的主要功能是将键合好的芯片加以包装，避 免外界环境对其造成影响。mold材料有塑料、陶瓷、金 属，常用的是固态环氧树脂。 （1）金属封装 金属封装的优点是坚固耐用、导热性 好、扛机械损伤能力强。重要的是，有电磁 屏蔽功能，可防止外界电磁波的干扰。因此， 在军事及航空航天领域得到了广泛的应用。由于金属价格昂 贵，可塑性差，不能满足多引线小型化封装的要求且工艺难 度高。所以，除了小的晶体管外在民用器件方面用之甚少。 传统金属封装材料包括Al、Cu、Mo、W、及Cu／W 和Cu／Mo等。 （2）陶瓷封装 陶瓷材料具有良好的热导性和绝缘性能。陶瓷致密性 高，对水分子有很好的阻隔能力，成为气密性封装的主要材 料。但因其脆性较高，易受到应力的破坏；工艺温度也很 高，且成本较高，故仅用于那些对可靠性要求特别高的芯 片，使用范围很窄。陶瓷封装的基本流程与金属封装相似。 封装对陶瓷材料的基本要求是致密性好、介电强度 高、热阻小、与金属外引线及芯片的CTE匹配、电阻率高。 陶瓷外壳是根据期间要求的封装形式，将陶瓷浆料压模成 型，经过高温烧结而成的。为了方便DA和焊接，对其外壳 还作了局部金属化处理，金属材料的选择对陶瓷外壳质量的 影响很大。陶瓷封装的类型很多，总的来说有双列直插结构 和扁平结构两种。 （3）塑料封装 用一些树脂或特殊塑料来封装芯片的方法就是塑料封 装。塑料封装的散热性、气密性都较陶瓷封装和金属封装差 一些，但它价格低、重量轻、工艺简单、可满足小型化封 装，且适合自动化量产，已成为封装技术的主流。 塑封材料必须具有以下特征：绝缘性好；温度适应能力 强；吸水性和渗水性很低；抗辐射能力强；CTE很小；化学 稳定性好；和基板材料之间粘附性良好；致密性好；成本 低。用于塑封器件的材料有有机硅和树脂两大类，目前业界 是以热固性环氧树脂类为主的。 热固性环氧树脂，粘接性极好、