Flip chip又稱(chēng)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(xiàn)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(lèi)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?!〉寡b片連接有三種主要類(lèi)型C4(Controlled Collapse Chip Connection)、DCA(Direct chip attach)和FCAA(Flip Chip Adhesive Attachement)。
C4是類(lèi)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(pán),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(pán)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(lèi)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(pán)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(pán)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(pán)頂鍍上鉛錫焊料,焊盤(pán)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(pán)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(pán)的可靠對(duì)位。
FCAA連接存在多種形式,當(dāng)前仍處于初期開(kāi)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(lèi)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(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)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(pán)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(pán)與芯片面的緊密接觸得到低的結(jié)溫(θjc)。為減少散熱盤(pán)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(pán)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(xiàn)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 。
起源于60年代,由IBM率先研發(fā)出,具體原理是在I/Opad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板相結(jié)合,此技術(shù)已替換常規(guī)的打線(xiàn)接合,逐漸成為未來(lái)封裝潮流。Flip Chip既是一種芯片互連技術(shù),又是一種理想的芯片粘接技術(shù).早在30年前IBM公司已研發(fā)使用了這項(xiàng)技術(shù)。但直到近幾年來(lái),F(xiàn)lip-Chip已成為高端器件及高密度封裝領(lǐng)域中經(jīng)常采用的封裝形式。今天,F(xiàn)lip-Chip封裝技術(shù)的應(yīng)用范圍日益廣泛,封裝形式更趨多樣化,對(duì)Flip-Chip封裝技術(shù)的要求也隨之提高。同時(shí),F(xiàn)lip-Chip也向制造者提出了一系列新的嚴(yán)峻挑戰(zhàn),為這項(xiàng)復(fù)雜的技術(shù)提供封裝,組裝及測(cè)試的可靠支持。以往的一級(jí)封閉技術(shù)都是將芯片的有源區(qū)面朝上,背對(duì)基板和貼后鍵合,如引線(xiàn)健合和載帶自動(dòng)健全(TAB)。FC則將芯片有源區(qū)面對(duì)基板,通過(guò)芯片上呈陣列排列的焊料凸點(diǎn)實(shí)現(xiàn)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(lián)的長(zhǎng)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(shù)中,倒裝芯片可以達(dá)到最小、最薄的封裝。
倒裝壺,又有倒灌壺、倒流壺、內(nèi)管壺之稱(chēng),這一名稱(chēng)的得來(lái),與其獨(dú)特的使用方式有關(guān)。倒裝壺雖然具有壺的形貌,但壺蓋卻與器身連為一體,無(wú)法像普通壺那樣從口部注水。原來(lái),在這種壺的底部有一個(gè)小孔,使用時(shí)把壺倒...
倒裝壺(倒流壺):胎質(zhì)堅(jiān)細(xì),釉色淡青,微泛青綠色,潤(rùn)澤有光。壺身呈圓形,壺蓋不能打開(kāi),提梁為鳳凰形,壺流為子母獅形,造型生動(dòng)逼真。腹飾纏枝牡丹,豐滿(mǎn)華貴,頗具立體感。下飾蓮紋。底部有五瓣梅花孔,注酒或...
由于該壺?zé)o口無(wú)蓋,只在壺底中央有一梅花形注口,使用時(shí)須將壺倒置,酒由壺底梅花孔注入壺腹,故名“倒裝壺”。壺內(nèi)置漏注與梅花孔銜接,酒通過(guò)漏注流入壺內(nèi),利用連通器內(nèi)酒面等高的原理,由中心漏注來(lái)控制酒面,流...
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LED倒裝芯片覆晶封裝光源產(chǎn)品和技術(shù)-(煜瓏電子-趙強(qiáng))
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LED 芯片的發(fā)光原理與分類(lèi) 一、 LED 歷史 50 年前人們已經(jīng)了解半導(dǎo)體材料可產(chǎn)生光線(xiàn)的基本知識(shí), 1962 年,通用電氣公司的尼克 何倫亞克(NickHolonyakJr.)開(kāi)發(fā)出第一種實(shí)際應(yīng)用的可見(jiàn)光發(fā)光二極管。 LED 是英文 light emitTIng diode(發(fā)光二極管)的縮寫(xiě),它的基本結(jié)構(gòu)是一塊電致發(fā)光的半導(dǎo)體材料,置于 一個(gè)有引線(xiàn)的架子上,然后四周用環(huán)氧樹(shù)脂密封,即固體封裝,所以能起到保護(hù)內(nèi)部芯線(xiàn) 的作用,所以 LED 的抗震性能好。 最初 LED 用作儀器儀表的指示光源, 后來(lái)各種光色的 LED 在交通信號(hào)燈和大面積顯示屏 中得到了廣泛應(yīng)用,產(chǎn)生了很好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。以 12 英寸的紅色交通信號(hào)燈為 例,在美國(guó)本來(lái)是采用長(zhǎng)壽命、低光效的 140瓦白熾燈作為光源,它產(chǎn)生 2000 流明的白 光。經(jīng)紅色濾光片后, 光損失 90%,只剩下 200流明的紅光。而
近日,博恩世通光電股份有限公司總經(jīng)理林宇杰分享了倒裝芯片的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)以及未來(lái)封裝發(fā)展趨勢(shì)。
他介紹道,覆晶芯片具有10倍點(diǎn)電極大小,金屬面焊接,更強(qiáng)的焊接力,更低熱阻,額定工作電壓接近理論值2.8伏;同時(shí),藍(lán)寶石面出光,外量子效率更高,允許熒光粉噴涂,無(wú)需金線(xiàn),無(wú)需支架,允許2倍以上的電流注入等特點(diǎn)。
覆晶芯片在照明應(yīng)用上的優(yōu)勢(shì)明顯,擁有更高的性?xún)r(jià)比(流明/元),更高的可靠性,更大的發(fā)光角度,更高的發(fā)光密度,系統(tǒng)成本下降,縮短制造流程,便于規(guī)?;a(chǎn);
而倒裝cob模組將主要應(yīng)用于高功率產(chǎn)品,具有更高的可靠性,熱阻和節(jié)溫比正裝芯片低30%。
值得一提的是,倒裝芯片cob的產(chǎn)線(xiàn)投資可減少50%,由于無(wú)金線(xiàn),無(wú)支架,bom成本減少20%以上,人員也可縮減30%,使其性?xún)r(jià)比大幅提升。
關(guān)于封裝的未來(lái)發(fā)展趨勢(shì),他表示,倒裝芯片cob光源將成為球泡燈,筒燈,射燈,工礦燈等品類(lèi)的主要光源配置;燈帶、日光燈管、平板燈光源仍然是smd的天下,smd往更小尺寸發(fā)展;csp封裝大規(guī)模進(jìn)入背光源、閃光燈應(yīng)用;芯片封裝成本進(jìn)一步降低,高壓小電流簡(jiǎn)化散熱器,配合線(xiàn)性ic簡(jiǎn)化電源;未來(lái)光源會(huì)向關(guān)注光品質(zhì),優(yōu)化光譜方向發(fā)展。
"倒裝芯片技術(shù)"這一名詞包括許多不同的方法。每一種方法都有許多不同之處,且應(yīng)用也有所不同。例如,就電路板或基板類(lèi)型的選擇而言,無(wú)論它是有機(jī)材料、陶瓷材料還是柔性材料,都決定著組裝材料(凸點(diǎn)類(lèi)型、焊劑、底部填充材料等)的選擇,而且在一定程度上還決定著所需設(shè)備的選擇。在目前的情況下,每個(gè)公司都必須決定采用哪一種技術(shù),選購(gòu)哪一類(lèi)工藝部件,為滿(mǎn)足未來(lái)產(chǎn)品的需要進(jìn)行哪一些研究與開(kāi)發(fā),同時(shí)還需要考慮如何將資本投資和運(yùn)作成本降至最低額。
在SMT環(huán)境中最常用、最合適的方法是焊膏倒裝芯片組裝工藝。即使如此,為了確??芍圃煨?、可靠性并達(dá)到成本目標(biāo)也應(yīng)考慮到該技術(shù)的許多變化。目前廣泛采用的倒裝芯片方法主要是根據(jù)互連結(jié)構(gòu)而確定的。如,柔順凸點(diǎn)技術(shù)的實(shí)現(xiàn)要采用鍍金的導(dǎo)電聚合物或聚合物/彈性體凸點(diǎn)。
焊柱凸點(diǎn)技術(shù)的實(shí)現(xiàn)要采用焊球鍵合(主要采用金線(xiàn))或電鍍技術(shù),然后用導(dǎo)電的各向同性粘接劑完成組裝。工藝中不能對(duì)集成電路(1C)鍵合點(diǎn)造成影響。在這種情況下就需要使用各向異性導(dǎo)電膜。焊膏凸點(diǎn)技術(shù)包括蒸發(fā)、電鍍、化學(xué)鍍、模板印刷、噴注等。因此,互連的選擇就決定了所需的鍵合技術(shù)。通常,可選擇的鍵合技術(shù)主要包括:再流鍵合、熱超聲鍵合、熱壓鍵合和瞬態(tài)液相鍵合等。
上述各種技術(shù)都有利也有弊,通常都受應(yīng)用而驅(qū)動(dòng)。但就標(biāo)準(zhǔn)SMT工藝使用而言,焊膏倒裝芯片組裝工藝是最常見(jiàn)的,且已證明完全適合SMT。
傳統(tǒng)的焊膏倒裝芯片組裝工藝流程包括:涂焊劑、布芯片、焊膏再流與底部填充等。但為了桷保成功而可靠的倒裝芯片組裝還必須注意其它事項(xiàng)。通常,成功始于設(shè)計(jì)。
首要的設(shè)計(jì)考慮包括焊料凸點(diǎn)和下凸點(diǎn)結(jié)構(gòu),其目的是將互連和IC鍵合點(diǎn)上的應(yīng)力降至最低。如果互連設(shè)計(jì)適當(dāng)?shù)脑?huà),已知的可靠性模型可預(yù)測(cè)出焊膏上將要出現(xiàn)的問(wèn)題。對(duì)IC鍵合點(diǎn)結(jié)構(gòu)、鈍化、聚酰亞胺開(kāi)口以及下凸點(diǎn)冶金(UBM)結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)即可實(shí)現(xiàn)這一目的。鈍化開(kāi)口的設(shè)計(jì)必須達(dá)到下列目的:降低電流密度;減小集中應(yīng)力的面積;提高電遷移的壽命;最大限度地增大UBM和焊料凸點(diǎn)的斷面面積。
凸點(diǎn)位置布局是另一項(xiàng)設(shè)計(jì)考慮,焊料凸點(diǎn)的位置盡可能的對(duì)稱(chēng),識(shí)別定向特征(去掉一個(gè)邊角凸點(diǎn))是個(gè)例外。布局設(shè)計(jì)還必須考慮順流切片操作不會(huì)受到任何干擾。在IC的有源區(qū)上布置焊料凸點(diǎn)還取決于IC電路的電性能和靈敏度。除此之外,還有其它的IC設(shè)計(jì)考慮,但晶片凸點(diǎn)制作公司擁有專(zhuān)門(mén)的IC焊點(diǎn)與布局設(shè)計(jì)準(zhǔn)則來(lái)保證凸點(diǎn)的可靠性,從而可確?;ミB的可靠性。
主要的板設(shè)計(jì)考慮包括金屬焊點(diǎn)的尺寸與相關(guān)的焊料掩模開(kāi)口。首先,必須最大限度地增加板焊點(diǎn)位置的潤(rùn)濕面積以形成較強(qiáng)的結(jié)合點(diǎn)。但必須注意板上潤(rùn)濕面積的大小應(yīng)與UBM的直徑相匹配。這有助于形成對(duì)稱(chēng)的互連,并可避免互連一端的應(yīng)力高于另一端,即應(yīng)力不均衡問(wèn)題。實(shí)際上,設(shè)計(jì)時(shí),通常會(huì)采用使板的焊點(diǎn)直徑略大于UBM直徑的方法,目的是將接合應(yīng)力集中在電路板一端,而不是較弱的IC上。對(duì)焊膏掩模開(kāi)口進(jìn)行適當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)可以控制板焊點(diǎn)位置上的潤(rùn)濕面積。
既可采用焊膏掩模設(shè)計(jì)也可采用無(wú)焊膏掩模設(shè)計(jì),但將這兩種方法結(jié)合起來(lái)的設(shè)計(jì)是最可靠的設(shè)計(jì)手段。在相關(guān)的電路板圖形上使用矩形開(kāi)口并將焊膏掩模的清晰度也考慮在內(nèi)即可設(shè)計(jì)出恰當(dāng)?shù)陌搴更c(diǎn)位置。如果設(shè)計(jì)不合理,一旦組裝環(huán)境發(fā)生變化或機(jī)械因數(shù)有所改變,IC就會(huì)出現(xiàn)焊膏疲勞斷裂。采用底部填料的方法的確能夠極大地提高倒裝芯片元件互連的可靠性,但如果不嚴(yán)格遵循設(shè)計(jì)準(zhǔn)則的話(huà)還是不可避免地會(huì)產(chǎn)生同樣的失效機(jī)理。
焊料凸點(diǎn)的作用是充當(dāng)IC與電路板之間的機(jī)械互連、電互連、有時(shí)還起到熱互連的作用。在典型的倒裝芯片器件中,互連由UBM和焊料凸點(diǎn)本身構(gòu)成。UBM搭接在晶片鈍化層上,以保護(hù)電路不受外部環(huán)境的影響。實(shí)際上,UBM充當(dāng)著凸點(diǎn)的基底。它具有極佳的與晶片金屬和鈍化材料的粘接性能,充當(dāng)著焊膏與IC鍵合金屬之間的焊膏擴(kuò)散層,同時(shí)還為焊膏提供氧化勢(shì)壘潤(rùn)濕表面。UBM疊層對(duì)降低IC焊點(diǎn)下方的應(yīng)力具有十分重要的作用。
如前所述,焊料凸點(diǎn)制作技術(shù)的種類(lèi)很多。采用蒸發(fā)的方法需要在晶片表面上濺射勢(shì)壘金屬(采用掩模或用光刻作為輔助手段)形成UMB,然后蒸發(fā)Sn和Pb形成焊料。在隨后的工藝中對(duì)Sn和Pb焊料進(jìn)行再流,形成球形凸點(diǎn)。這一技術(shù)非常適用于采用耐高溫陶瓷基板的含鉛量較高的凸點(diǎn)(相對(duì)易熔焊料凸點(diǎn)而言)。但對(duì)有機(jī)電路板上的SMT應(yīng)用而言,IC上的高鉛焊料凸點(diǎn)還需要采用易熔焊料來(lái)形成互連。
低成本的凸點(diǎn)制作技術(shù),如電鍍或模板印刷(與濺射或化學(xué)鍍UBM相結(jié)合)都是目前常用的制作工藝。這些工藝的凸點(diǎn)制作成本要比蒸發(fā)低一些,而且在電路上使用易熔焊料還可省去再將其放置到電路板上的那步工藝及其費(fèi)用。目前生產(chǎn)的其它焊料合金包括無(wú)鉛焊料、高鉛焊料和低α焊料等。
對(duì)電鍍凸點(diǎn)工藝而言,UBM材料要濺射在整個(gè)晶片的表面上,然后淀積光刻膠,并用光刻的方法在IC鍵合點(diǎn)上形成開(kāi)口。然后將焊接材料電鍍到晶片上并包含在光刻膠的開(kāi)口中。其后將光刻膠剝離,并對(duì)曝光的UBM材料進(jìn)行刻蝕,對(duì)晶片進(jìn)行再流,形成最終的凸點(diǎn)。另一種常用的方法是將焊料模板印刷到帶圖形的UBM(濺射或電鍍)上,然后再流。
控制凸點(diǎn)的最終高度具有十分重要的作用。它可以保證較高的組裝成品率。用于監(jiān)測(cè)凸點(diǎn)制作工藝的破壞性凸點(diǎn)切斷測(cè)試方法常常會(huì)使焊膏中產(chǎn)生失效模式,但絕不會(huì)對(duì)UBM或下面的IC焊點(diǎn)造成這樣的結(jié)果。
晶片切割常常被看作是后端組裝中的第一步。磨蝕金剛石刀片以60,000rpm的轉(zhuǎn)速進(jìn)行切片。切割中要使用去離子水以提高切割的質(zhì)量并延長(zhǎng)刀片的壽命。目前,降低單個(gè)IC上的屑片缺陷是一項(xiàng)十分緊迫的任務(wù)。因?yàn)轫敳康男计锌赡芙咏酒挠性磪^(qū),背面的屑片對(duì)倒裝芯片的可靠性極其不利。邊緣的斷裂,甚至是芯片區(qū)內(nèi)的背面芯片在熱應(yīng)力和機(jī)械應(yīng)力的作用下常會(huì)擴(kuò)展,導(dǎo)致器件的早期失效。
完成晶片切割后,可將切分好的單個(gè)芯片留在晶片上,也可將其放置到華夫餅包裝容器、凝膠容器、Surftape或帶與軸封裝中。倒裝芯片布局設(shè)備必須具有處理帶凸點(diǎn)的芯片的能力。華夫餅容器適應(yīng)于小批量需求,或用于免測(cè)芯片;帶與軸適用于SMT貼裝設(shè)備;送至貼裝設(shè)備的晶片較為普遍,且最適合大批量制造應(yīng)用。
實(shí)際的倒裝芯片組裝工藝由分配焊劑開(kāi)始。分配焊劑的方法有多種,包括浸液、擠涂分配、模板印刷、或噴涂等。每一種方法都有其優(yōu)點(diǎn)和應(yīng)用范圍。貼裝設(shè)備上通常要裝有焊劑或粘接膠浸潤(rùn)組件。這種方法具備將焊劑固定到芯片凸點(diǎn)上的優(yōu)點(diǎn)。
控制焊劑膜的高度和盤(pán)的旋轉(zhuǎn)速度對(duì)批量生產(chǎn)的可重復(fù)性十分必要。焊劑分配工藝必須精確控制焊劑的分配量與可重復(fù)性。模板印刷焊劑適用于大批量制造,但對(duì)逆流設(shè)備的要求較高。不管采用哪一種方法,在粘貼倒裝芯片器件時(shí)都必須考慮材料的特性和所用焊劑的兼容性。
完成焊劑分配工藝后就可以采用多頭高速元件拾裝系統(tǒng)或超高精度拾裝系統(tǒng)拾取芯片了。為了促進(jìn)半導(dǎo)體后端制造與EMS組裝市場(chǎng)的結(jié)合。
英特爾82P31 圖形和內(nèi)存控制器中樞 1226 倒裝芯片球柵格陣列 (FCBGA)