第四讲微系统封装技术-倒装焊技术VIP免费

第四讲：倒装芯片技术（FlipChipTechnology）优点：1.互连线很短，互连产生的电容、电阻电感比引线键合和载带自动焊小得多。从而更适合于高频高速的电子产品。2.所占基板面积小，安装密度高。可面阵布局，更适合于多I/O数的芯片使用。3.提高了散热热能力，倒装芯片没有塑封，芯片背面可进行有效的冷却。4.简化安装互连工艺，快速、省时，适合于工业化生产。缺点：1.芯片上要制作凸点，增加了工艺难度和成本。2.焊点检查困难。3.使用底部填充要求一定的固化时间。4.倒装焊同各材料间的匹配所产生的应力问题需要解决。信号效果比较历史1.IBM1960年研制开发出在芯片上制作凸点的倒装芯片焊接工艺技术。95Pb5Sn凸点包围着电镀NiAu的铜球。后来制作PbSn凸点，使用可控塌焊连接（C4），无铜球包围。2.Philoc－ford等公司制作出Ag－Sn凸点3.Fairchield——Al凸点4.Amelco——Au凸点5.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％的圆片用于倒装芯片凸点。几年后可望超过20％。C4：ControlledCollapseChipConnection可控塌陷芯片连接优点：1.工艺简单，倒装焊时易于熔化回流2.熔化的焊料可以弥补凸点的高度不一致或基板不平而引起的高度差3.对凸点金属所加的焊接压力小，从而不易损坏芯片和焊点4.熔化时有较大的表面张力，具有“自对准”效果。倒装芯片工艺概述主要工艺步骤：第一步:凸点底部金属化第二步：芯片凸点制作第三步：将已经凸点的晶片组装到基板上第四步：使用非导电填料填充芯片底部孔隙第一步：凸点底部金属化（UBM）第二步:回流形成凸点第三步：倒装芯片组装第四步：底部填充与固化几种倒装芯片焊接方式凸点的制作UBMUBM凸点形成凸点形成SiChipPb/SnbumpAlpadPassivationLayerAdhesion/BarrierLayerSolderWettingLayer对UBM的要求必须与焊区金属以及圆片钝化层有牢固的结合力：Al是最常见的IC金属化金属，典型的钝化材料为氮化物、氧化物以及聚酰亚胺。和焊区金属要有很好的欧姆接触：在沉积UBM之前要通过溅射或者化学刻蚀的方法去除焊区表面的Al氧化物。要有焊料扩散阻挡层：必须在焊料与焊盘焊区金属之间提供一个扩散阻挡层要有一个可以润湿焊料的表面：最后一层要直接与凸点接触，必须润湿凸点焊料。氧化阻挡层：为保证很好的可焊性，要防止UBM在凸点的形成过程中氧化。对硅片产生较小的应力：UBM结构不能在底部与硅片产生很大的应力，否则会导致底部的开裂以及硅片的凹陷等可靠性失效。UBM结构示意图UBM结构UBM一般由三层薄膜组成:1、粘附以及扩散阻挡层：使用的典型金属有：Cr、Ti、Ti/W、Ni、Al、Cu、Pd和Mo。典型厚度：0.05-0.2m.2焊料润湿层：典型金属:Cu、Ni、Pd。典型厚度:0.05-0.1m。3氧化阻挡层：典型金属：Au。典型厚度：0.05-0.1m。UBM的层次组合•这些薄膜层的组合出现了很多的UBM结构，例如：Ti/Cu/Au、Ti/Cu、Ti/Cu/Ni、TiW/Cu/Au、Cr/Cu/Au、Ni/Au、Ti/Ni/Pd、以及Mo/Pd.•其结构对本身的可靠性影响很大，据报道Ti/Cu/Ni(化学镀Ni)的UBM比Ti/Cu的粘附结合力要强。•UBM的结构也影响它与焊区金属、它与凸点之间的可靠性。层次组合特点UBM的沉积方法•溅射：用溅射的方法一层一层地在硅片上沉积薄膜，然后通过光刻技术形成UBM图样，并刻蚀掉不是图样的部分。•蒸镀：利用掩模，通过蒸镀的方法在硅片上一层一层地沉积。•化学镀:采用化学镀的方法在Al焊盘上选择性地镀Ni。常常用锌酸盐工艺对Al表面进行处理。无需真空及图样刻蚀设备，低成本。化学镀镍化学镀镍用作UBM的沉积，金属镍起到连接/扩散阻挡的作用，同时也是焊料可以润湿的表面。镍的扩散率非常小，与焊料也几乎不发生反应，因此非常适合作为共晶焊料的UBM金属。化学镀镍既可以用于UBM金属的沉积，也可以用来形成凸点。化学镀镍特点•无定形化学镀镍层中没有晶界，无法形成扩散的通道，所以是一层良好的扩散阻挡层。•镍UBM的厚度一般为1～15μm，而5μm厚的镍UBM就能使焊料凸点的可靠性明显提高。•镀镍之后，还要在镍上镀一层厚度为0.05-0.1μm的金，它主要是防止镍发生氧化，以保持它的可焊性。铝焊盘上化学镀镍前处理由于铝焊盘表面有一层氧化物，...