倒装芯片：向主流制造工艺推进VIP免费

第1页共10页编号：时间：2021年x月x日书山有路勤为径，学海无涯苦作舟页码：第1页共10页倒裝晶片：向主流製造工藝推進ByDr.ScottJoslin,JamesLance,DanielYeapleandDouglasHendricks創新的製造與設計技術使得成百萬使用倒裝晶片裝配的尋呼機成功地製造出來。對較小外形和較多功能的低成本電子設備的需求繼續在增長。這些快速變化的市場挑戰著電子製造商，降低製造成本以保證可接受的利潤率。倒裝晶片裝配(flipchipassembly)被認爲是推進低成本、高密度攜帶型電子設備的製造所必須的一項技術。在低成本應用中，倒裝晶片的成功是因爲它可達到相對于傳統表面貼裝元件包裝更大的成本效益。例如，一款新的尋呼機利用了倒裝晶片技術將微控制器裝配於PCB，因爲倒裝晶片使用較少的電路板空間，比傳統的塑膠球柵陣列(PBGA,plasticballgridarray)成本較低。材料積體電路(Integradedcircuit)在這款尋呼機中的積體電路(IC,integratedcircuit)是一個5x5.6mm的微控制器，要求100個輸入/輸出(I/O)連接於PCB。將四周I/O重新分配爲2.5排減少點數(depopulated)的球柵陣列形式來接納PCB的線/空格以及通路孔焊盤的限制。錫球(bump)佈局與間距如第2页共10页第1页共10页编号：时间：2021年x月x日书山有路勤为径，学海无涯苦作舟页码：第2页共10页圖一所示。使用了電鍍共晶錫/鉛錫球，因爲與其它的替代者比較，它的成本低得多。錫球的直徑大約爲125µm，球下金屬(UBM,underbumpmetalization)爲一個顧客要求的45µm的銅柱，如圖二。印刷電路板(PCB,printedcircuitboard)成本因素決定這款尋呼機的PCB的佈局。PCB是標準的FR-4，四個金屬層和一個無電鍍鎳/金表面塗層。由於增加材料成本和有限的可獲得性，所以沒有使用高密度互連(HDI,high-densityinterconnect)技術。無電鍍鎳/金表面塗層滿足所有産品的要求。現場可靠性問題排除了選擇有機可焊性保護層(OSP,organicsolderabilitypreservative)，選擇性鎳-金的成本增加也沒有吸引性。最低成本的PCB供應商的工藝能力限制板的密度爲100µm線/空和0.5mm的通路孔焊盤。因此，所有通路孔(via)都是通孔(through-hole)型，避免盲孔(blindvia)的成本增加。這些限制和阻焊層公差決定IC的分佈形式、錫球尺寸和裝配間距，並定義晶片貼放要求。限制通路孔的焊盤尺寸爲最小的0.5mm，意味著晶片(die)底下只能放13個通路孔(via)剩下的I/O不得不用100µm的線與空在基板頂面走出去。只使用定面金屬層來佈線剩下的87個I/O，這給IC的重新分佈形式定下了一個標準。100µm線與空的設計要求將最終裝配間距固定在200µm(圖三)。阻焊層(soldermask)的設計與工藝限制對直接晶片安裝(DCA,directchipattachment)的裝配過程是第3页共10页第2页共10页编号：时间：2021年x月x日书山有路勤为径，学海无涯苦作舟页码：第3页共10页關鍵的。必須控制電鍍共晶錫球的熔濕(wet)，以防止回流期間焊接點的完全倒塌和斷源。阻焊層可用來限制焊錫熔濕和控制錫球塌落的程度。這個控制是通過爲每個錫球座設計離散的阻焊層開口來完成的(圖四)。在本文所述的應用中，工藝的限制和貼裝設備的能力使得不能使用單獨定義的錫球座。低成本PCB供應商通常只可以維持大批量生産時的±75µm阻焊層對位精度。用於晶片貼裝(dieplacement)的導向絲杆設備的精度能力爲±50µm。這些公差的累積要求0.375mm的阻焊層開口來保證貼裝與回流過程達到6σ能力。這個尺寸的開口容納阻焊層的偏移和貼裝公差，而不會將120µm直徑的錫球放到阻焊層上。最後佈局利用單個的阻焊條或“堤擋”來限制焊錫熔濕流出，並在關鍵區域防止斷源。堤擋放在流道上，直接連接于內通孔的連線孔(via)或那些認爲太長的線上。要求總共11條阻焊堤擋或條來足夠地保護裝配(圖五)。這隨機放置的阻焊條提供整個晶片的連續的毛細管作用，結果得到均勻的充膠(underfill)流峰，和無空洞的密封膠。錫球(solderbump)在阻焊層可用於控制低成本、密間距應用的晶片(die)塌落之前，必須改進材料的定位和孔的準確度。阻焊堤擋可有效的防止焊錫點斷源，但不能充分地限制回流時的錫球倒塌(diecollapse)。爲了有效地控制晶片離板高度，錫球的銅UBM(錫球下的金屬)需要改進。使...