Flip chip又稱倒裝片，是在I/O pad上沉積錫鉛球，然后將芯片翻轉(zhuǎn)加熱利用熔融的錫鉛球與陶瓷基板相結(jié)合此技術(shù)替換常規(guī)打線接合，逐漸成為未來(lái)的封裝主流，當(dāng)前主要應(yīng)用于高時(shí)脈的CPU、GPU(Graphic Processor Unit)及Chipset 等產(chǎn)品為主。與COB相比，該封裝形式的芯片結(jié)構(gòu)和I/O端(錫球)方向朝下，由于I/O引出端分布于整個(gè)芯片表面，故在封裝密度和處理速度上Flip chip已達(dá)到頂峰，特別是它可以采用類似SMT技術(shù)的手段來(lái)加工，因此是芯片封裝技術(shù)及高密度安裝的最終方向。
倒裝片連接有三種主要類型C4(Controlled Collapse Chip Connection)、DCA(Direct chip attach)和FCAA(Flip Chip Adhesive Attachement)。C4是類似超細(xì)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。由于陶瓷可以承受較高的回流溫度，因此陶瓷被用來(lái)作為C4連接的基材，通常是在陶瓷的表面上預(yù)先分布有鍍Au或Sn的連接盤，然后進(jìn)行C4形式的倒裝片連接。C4連接的優(yōu)點(diǎn)在于：1)具有優(yōu)良的電性能和熱特性2)在中等焊球間距的情況下，I/O數(shù)可以很高3)不受焊盤尺寸的限制4)可以適于批量生產(chǎn)5)可大大減小尺寸和重量DCA和C4類似是一種超細(xì)間距連接。DCA的硅片和C4連接中的硅片結(jié)構(gòu)相同，兩者之間的唯一區(qū)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(duì)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(dāng)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(yán)格，通常要比其它超細(xì)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(yù)鍍的，一般略呈圓頂狀，必須要在貼片前整平，否則會(huì)影響焊球和焊盤的可靠對(duì)位。FCAA連接存在多種形式，當(dāng)前仍處于初期開發(fā)階段。
硅片與基材之間的連接不采用焊料，而是用膠來(lái)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(diǎn)等結(jié)構(gòu)。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(shí)際應(yīng)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(shù)是當(dāng)今最先進(jìn)的微電子封裝技術(shù)之一。它將電路組裝密度提升到了一個(gè)新高度，隨著21世紀(jì)電子產(chǎn)品體積的進(jìn)一步縮小，倒裝芯片的應(yīng)用將會(huì)越來(lái)越廣泛。
Flip-Chip封裝技術(shù)與傳統(tǒng)的引線鍵合工藝相比具有許多明顯的優(yōu)點(diǎn),包括,優(yōu)越的電學(xué)及熱學(xué)性能,高I/O引腳數(shù)，封裝尺寸減小等。Flip-Chip封裝技術(shù)的熱學(xué)性能明顯優(yōu)越于常規(guī)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(qiáng)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(jié)溫)，環(huán)境溫度及空氣流量，封裝參數(shù)(如使用外裝熱沉，封裝及尺寸，基板層數(shù)，球引腳數(shù))等，相比之下，F(xiàn)lip-Chip封裝通常能產(chǎn)生25W耗散功率。Flip-Chip封裝杰出的熱學(xué)性能是由低熱阻的散熱盤及結(jié)構(gòu)決定的。芯片產(chǎn)生的熱量通過(guò)散熱球腳，內(nèi)部及外部的熱沉實(shí)現(xiàn)熱量耗散。散熱盤與芯片面的緊密接觸得到低的結(jié)溫(θjc)。為減少散熱盤與芯片間的熱阻，在兩者之間使用高導(dǎo)熱膠體。
使得封裝內(nèi)熱量更容易耗散。為更進(jìn)一步改進(jìn)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(jié)溫(θjc)。Flip-Chip封裝另一個(gè)重要優(yōu)點(diǎn)是電學(xué)性能。引線鍵合工藝已成為高頻及某些應(yīng)用的瓶頸，使用Flip-Chip封裝技術(shù)改進(jìn)了電學(xué)性能。如今許多電子器件工作在高頻，因此信號(hào)的完整性是一個(gè)重要因素。在過(guò)去，2-3GHZ是IC封裝的頻率上限，F(xiàn)lip-Chip封裝根據(jù)使用的基板技術(shù)可高達(dá)10-40 GHZ 。
下載文檔
