微電子技術之倒裝芯片技術倒裝芯片是一種無引腳結構，一般含有電路單元。設計用于通過適當數量的位于其面上的錫球（導電性粘合劑所覆蓋），在電氣上和機械上連接于電路。在微電子領域中起著重要的作用，是微電子大家庭中不可缺少的一員。倒裝芯片英文名為Flipchip。其起源于60年代，由IBM率先研發出,具體原理是在I/Opad上沉積錫鉛球，然后將芯片翻轉加熱利用熔融的錫鉛球與陶瓷板相結合，此技術已替換常規的打線接合，逐漸成為未來封裝潮流。FlipChip既是一種芯片互連技術，又是一種理想的芯片粘接技術?早在30年前IBM公司已研發使用了這項技術。但直到近幾年來,Flip-Chip已成為高端器件及高密度封裝領域中經常采用的封裝形式。今天，Flip-Chip封裝技術的應用范圍日益廣泛，封裝形式更趨多樣化，對Flip-Chip封裝技術的要求也隨之提高。同時，Flip-Chip也向制造者提出了一系列新的嚴峻挑戰，為這項復雜的技術提供封裝，組裝及測試的可靠支持。以往的一級封閉技術都是將芯片的有源區面朝上，背對基板和貼后鍵合，如引線健合和載帶自動健全（TAB）。FC則將芯片有源區面對基板，通過芯片上呈陣列排列的焊料凸點實現芯片與襯底的互連.硅片直接以倒扣方式安裝到PCB從硅片向四周引出I/O,互聯的長度大大縮短，減小了RC延遲，有效地提高了電性能.顯然，這種芯片互連方式能提供更高的I/O密度?倒裝占有面積幾乎與芯片大小一致?在所有表面安裝技術中，倒裝芯片可以達到最小、最薄的封裝。其次倒裝芯片技術是芯片以凸點陣列結構與基板直接安裝互連的一種方法。不僅如此倒裝芯片是在在I/Opad上沉積錫鉛球，然后將芯片翻轉加熱利用熔融的錫鉛球與陶瓷機板相結合此技術替換常規打線接合，逐漸成為未來的封裝主流，當前主要應用于高時脈的CPU、GPU（GraphicProcessorUnit）及Chipset等產品為主。與COB相比，該封裝形式的芯片結構和I/O端（錫球）方向朝下，由于I/O引出端分布于整個芯片表面，故在封裝密度和處理速度上Flipchip已達到頂峰，特別是它可以采用類似SMT技術的手段來加工，因此是芯片封裝技術及高密度安裝的最終方向。倒裝芯片連接有三種主要類型C4、DCA和FCAA，它們分別是ControlledCollapseChipConnection、Directchipattach和FlipChipAdhesiveAttachement的縮寫。而C4是類似超細間距BGA的一種形式與硅片連接的焊球陣列一般的間距為0.23、0.254mm。焊球直徑為0.102、0.127mm。焊球組份為97Pb/3Sn。這些焊球在硅片上可以呈完全分布或部分分布。C4在工廠中起著非常重要的作用。由于陶瓷可以承受較高的回流溫度，因此C4在陶瓷制作品方面常被用來作為連接的基材。通常是在陶瓷的表面上預先分布有鍍Au或Sn的連接盤，然后進行C4形式的倒裝片連接。對于這么重要的C4來說，有著以下幾個優點：首先具有優良的電性能和熱特性其次在中等焊球間距的情況下，I/O數可以很高再其次C4不受焊盤尺寸的限制，這點有著非常重要的作用，不僅如此它還可以適于批量生產因此可大大減小尺寸和重量。而對于DCA來說，DCA和C4類似是一種超細間距連接。DCA的硅片和C4連接中的硅片結構相同，兩者之間的唯一區別在于基材的選擇。DCA采用的基材是典型的印制材料。DCA的焊球組份是97Pb/Sn，連接焊接盤上的焊料是共晶焊料（37Pb/63Sn）。對于DCA由于間距僅為0.203、0.254mm共晶焊料漏印到連接焊盤上相當困難，所以取代焊膏漏印這種方式，在組裝前給連接焊盤頂鍍上鉛錫焊料，焊盤上的焊料體積要求十分嚴格，通常要比其它超細間距元件所用的焊料多。在連接焊盤上0.051、0.102mm厚的焊料由于是預鍍的，一般略呈圓頂狀，必須要在貼片前整平，否則會影響焊球和焊盤的可靠對位。但是FCAA連接同樣存在多種形式，當前仍處于初期開發階段。硅片與基材之間的連接不采用焊料，而是用膠來代替。這種連接中的硅片底部可以有焊球，也可以采用焊料凸點等結構。FCAA所用的膠包括各向同性和各向異性等多種類型，主要取決于實際應用中的連接狀況，另外，基材的選用通常有陶瓷，印刷板材料和柔性電路板。倒裝芯片技術是當今最先進的微電子封裝技術之一。它將電路組裝密度提升到了一個新高度，隨著21世紀電子產品體積的進一步縮小，倒裝芯片的應用將會越來越廣泛。倒裝芯片封裝技術與傳統的引線鍵合工藝相比具有許多明顯的優點。倒裝芯片的尺寸小，小的IC引腳圖形，只有扁平封裝的5%,大大減少了封裝高度和重量；其功能增強了，使用倒裝芯片能增加I/O的數量。面陣列使得在更小的空間里進行更多信號、功率以及電源等的互連。一般的倒裝芯片上凸點的數量可達400個；不僅僅是功能，其性能也增強了斷的的互連減少了電感、電阻以及電容，使得信號延遲減少、具有較好的高頻率特性，晶片背面也有較好的散熱通道；而且在提高了散熱能力的同時，運用倒裝芯片沒有塑封，芯片背面可進行有效的冷卻的方法來散熱，也提高了可靠性，打新盤的環氧樹脂底部填充工藝確保了高可靠性，使得倒裝芯片減少了2/3的互連引腳數。對于倒裝芯片的特點來說，還遠遠不止這些，倒裝芯片技術與表面貼裝技術相兼容，可同時完成貼裝與焊接，致使有了超低的成本等等其他特點。倒裝封裝技術的熱學性能明顯優越于常規使用的引線鍵合工藝。如今許多電子器件；ASIC，微處理器，SOC等封裝耗散功率10-25W,甚至更大。而增強散熱型引線鍵合的BGA器件的耗散功率僅5-10W。按照工作條件，散熱要求（最大結溫），環境溫度及空氣流量，封裝參數（如使用外裝熱沉，封裝及尺寸，基板層數，球引腳數）等，相比之下，倒裝封裝通常能產生25W耗散功率。封裝芯片杰出的熱學性能是由低熱阻的散熱盤及結構決定的。芯片產生的熱量通過散熱球腳，內部及外部的熱沉實現熱量耗散。散熱盤與芯片面的緊密接觸得到低的結溫。為減少散熱盤與芯片間的熱阻，在兩者之間使用高導熱膠體。使得封裝內熱量更容易耗散。為更進一步改進散熱性能，外部熱沉可直接安裝在散熱盤上，以獲得封裝低的結溫。倒裝封裝芯片另一個重要優點是電學性能。引線鍵合工藝已成為高頻及某些應用的瓶頸，使用倒裝芯片封裝技術改進了電學性能。如今許多電子器件工作在高頻，因此信號的完整性是一個重要因素。在過去，2-3GHZ是IC封裝的頻率上限，Flip-Chip封裝根據使用的基板技術可高達10-40GHZ。倒裝芯片在不斷的進化，下一步的演進方向是芯片在插入層或者疊層芯片上的3-D集成。有人還指出，帶有穿透硅通孔（TSV）的芯片和晶圓減薄，以及超窄節距（50um）的新型Cu/Cu和銅柱互連都在開發中。此外為了滿足先進微處理器日益增長的功率密度要求，他們相信，疊層芯片方法將會在散熱管理上帶來很大挑戰。封裝技術還持續地推動著材料科學與技術的發展。盡管人們認為碳納米管（CNT）互連還需要一些年的時間，但在近期，很可能采用納米材料作為芯片下填充料、導熱材料和多層復合基板的填充物。在材料沉積領域也有一些新趨勢出現。除了C4NP，在形成倒裝芯片互連時，還可以采用傳統BGA所使用的'下投焊球'的方法。起初，采用微凸點的TSV互連將會促進倒裝芯片的使用，它們與倒裝芯片不同，但是在同一陣營，繼續前進的話，可能會出現更好的芯片鍵合技術。之后TSV本身可能會被看作是一種互連。倒裝芯片可能逐漸被其他方法所取代。一種可能是將TSV作為互連，另一種可能是扇出型晶圓級封裝（FOWLP），也被稱為先芯片封裝（chips-firstpackaging）。TSV可能最終會取代倒裝芯片。倒裝芯片也是下一代3-DIC架構的關鍵互連技術。互連和封裝技術的壽命周期非常長，到現在，即便倒裝芯片應用和技術已經發展得非常迅速了，還有大量的DIP（通孔互連）封裝存在。回首15年前，幾乎所有SMT貼片加工封裝采用的都是引線鍵合。如今倒裝芯片技術正在逐步取代引線鍵合的位置。在從SMT加工手機和尋呼機到MP3播放器和數碼相機的所有熱門的消費類電子產品中，幾乎都能找到倒裝芯片封裝。在服務器中，近乎所有的邏輯模塊都采用倒裝芯片封裝。大部分AS