SMT环境中倒装芯片工艺与技术应用

文章摘要：1、引言倒装芯片的成功实现与使用包含诸多设计、工艺、设备与材料因素。只有对每一个因素都加以认真考虑和对待才能够促进工艺和技术的不断完善和进步，才能满足应用领域对倒装芯片技术产品不断增长的需要。2、倒装芯片技术“倒装芯片技术”这一名词包括许多不同的方法。每一种方法都有许多不同之处，且应用也有所不同。例如，就电路板或基板类型的选择而言，无论它是有机材料、陶瓷材料还是柔性材料，都决定着组装材料(凸点类型、焊剂、底部填充材料等)的选择，而且在一定程度上还决定着所需设备的选择。在目前的情况下，每个公司都必须决定采用哪一种技术，选购哪一类工艺部件，为满足未来产品的需要进行哪一些研究

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　　1、引言

　　倒装芯片的成功实现与使用包含诸多设计、工艺、设备与材料因素。只有对每一个因素都加以认真考虑和对待才能够促进工艺和技术的不断完善和进步，才能满足应用领域对倒装芯片技术产品不断增长的需要。

　　2、倒装芯片技术

　　“倒装芯片技术”这一名词包括许多不同的方法。每一种方法都有许多不同之处，且应用也有所不同。例如，就电路板或基板类型的选择而言，无论它是有机材料、陶瓷材料还是柔性材料，都决定着组装材料(凸点类型、焊剂、底部填充材料等)的选择，而且在一定程度上还决定着所需设备的选择。在目前的情况下，每个公司都必须决定采用哪一种技术，选购哪一类工艺部件，为满足未来产品的需要进行哪一些研究与开发，同时还需要考虑如何将资本投资和运作成本降至最低额。

　　在SMT环境中最常用、最合适的方法是焊膏倒装芯片组装工艺。即使如此，为了确保可制造性、可靠性并达到成本目标也应考虑到该技术的许多变化。目前广泛采用的倒装芯片方法主要是根据互连结构而确定的。如，柔顺凸点技术的实现要采用镀金的导电聚合物或聚合物/弹性体凸点。

　　焊柱凸点技术的实现要采用焊球键合(主要采用金线)或电镀技术，然后用导电的各向同性粘接剂完成组装。工艺中不能对集成电路(1C)键合点造成影响。在这种情况下就需要使用各向异性导电膜。焊膏凸点技术包括蒸发、电镀、化学镀、模版印刷、喷注等。因此，互连的选择就决定了所需的键合技术。通常，可选择的键合技术主要包括：再流键合、热超声键合、热压键合和瞬态液相键合等。

　　上述各种技术都有利也有弊，通常都受应用而驱动。但就标准SMT工艺使用而言，焊膏倒装芯片组装工艺是最常见的，且已证明完全适合SMT。

　　3、焊膏倒装芯片组装技术

　　传统的焊膏倒装芯片组装工艺流程包括：涂焊剂、布芯片、焊膏再流与底部填充等。但为了桷保成功而可靠的倒装芯片组装还必须注意其它事项。通常，成功始于设计。

　　首要的设计考虑包括焊料凸点和下凸点结构，其目的是将互连和IC键合点上的应力降至最低。如果互连设计适当的话，已知的可靠性模型可预测出焊膏上将要出现的问题。对IC键合点结构、钝化、聚酰亚胺开口以及下凸点治金(UBM)结构进行合理的设计即可实现这一目的。钝化开口的设计必须达到下列目的：降低电流密度;减小集中应力的面积;提高电迁移的寿命;最大限度地增大UBM和焊料凸点的断面面积。

　　凸点位置布局是另一项设计考虑，焊料凸点的位置尽可能的对称，识别定向特征(去掉一个边角凸点)是个例外。布局设计还必须考虑顺流切片操作不会受到任何干扰。在IC的有源区上布置焊料凸点还取决于IC电路的电性能和灵敏度。除此之外，还有其它的IC设计考虑，但晶片凸点制作公司拥有专门的IC焊点与布局设计准则来保证凸点的可靠性，从而可确保互连的可靠性。

　　主要的板设计考虑包括金属焊点的尺寸与相关的焊料掩模开口。首先，必须最大限度地增加板焊点位置的润湿面积以形成较强的结合点。但必须注意板上润湿面积的大小应与UBM的直径相匹配。这有助于形成对称的互连，并可避免互连一端的应力高于另一端，即应力不均衡问题。实际上，设计时，通常会采用使板的焊点直径略大于UBM直径的方法，目的是将接合应力集中在电路板一端，而不是较弱的IC上。对焊膏掩模开口进行适当的设计可以控制板焊点位置上的润湿面积。

　　既可采用焊膏掩模设计也可采用无焊膏掩模设计，但将这两种方法结合起来的设计是最可靠的设计手段。在相关的电路板图形上使用矩形开口并将焊膏掩模的清晰度也考虑在内即可设计出恰当的板焊点位置。如果设计不合理，一旦组装环境发生变化或机械因数有所改变，IC就会出现焊膏疲劳断裂。采用底部填料的方法的确能够极大地提高倒装芯片元件互连的可靠性，但如果不严格遵循设计准则的话还是不可避免地会产生同样的失效机理。

　　4、晶片的凸点制作/切片

　　焊料凸点的作用是充当IC与电路板之间的机械互连、电互连、有时还起到热互连的作用。在典型的倒装芯片器件中，互连由UBM和焊料凸点本身构成。UBM搭接在晶片钝化层上，以保护电路不受外部环境的影响。实际上，UBM充当着凸点的基底。它具有极佳的与晶片金属和钝化材料的粘接性能，充当着焊膏与IC键合金属之间的焊膏扩散层，同时还为焊膏提供氧化势垒润湿表面。UBM叠层对降低IC焊点下方的应力具有十分重要的作用。

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