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引言
& @* ?2 i' V- M/ q V+ F" u" e翻轉(zhuǎn)芯片技術(shù)已成為半導(dǎo)體行業(yè)中不可或缺的封裝方法,在性能、尺寸減小和功能增加方面具有優(yōu)勢(shì)。本文概述翻轉(zhuǎn)芯片技術(shù),包括晶圓凸塊制作工藝、組裝方法和進(jìn)展。
7 b: ?" I+ |. n T& V f) S& w8 g8 F" T5 F
9 W7 W3 J, L9 ^* c/ ^翻轉(zhuǎn)芯片技術(shù)簡(jiǎn)介' j) }2 a* \4 e, m4 e3 }( l( S7 B
翻轉(zhuǎn)芯片技術(shù)由IBM在20世紀(jì)60年代初引入,涉及將芯片的有源表面直接通過(guò)導(dǎo)電凸塊連接到基板上。與傳統(tǒng)的引線(xiàn)鍵合相比,這種方法具有以下優(yōu)勢(shì):2 `" S) A8 Z3 z& c( L' ~- X8 `
由于互連更短,電氣性能更好更高的I/O密度更小的封裝尺寸更好的散熱性能
; X6 r: k/ [; h( m) ]" r/ |: S! H; x: A; F! c4 J1 [
晶圓凸塊制作工藝. v9 J! e5 R/ X5 n, p4 V
晶圓凸塊制作是翻轉(zhuǎn)芯片技術(shù)中的關(guān)鍵步驟。兩種常見(jiàn)的方法是模板印刷和電鍍。4 w% Y1 N1 `+ a- [$ C1 q
. |3 t5 X" d: P) A
模板印刷+ A" C! A0 G/ w$ O
模板印刷是一種簡(jiǎn)單且具有成本效益的晶圓凸塊制作方法。過(guò)程包括:通過(guò)模板將錫膏涂到晶圓焊盤(pán)上回流錫膏形成凸塊
* ]. f) E* _ T: e[/ol]- E' O' Q# [1 y1 `
圖1說(shuō)明了準(zhǔn)備進(jìn)行模板印刷的晶圓:
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9 G* a2 n: n! @. X" G, y
圖1
' ~. n/ _$ `; e- J/ ^5 |" \
' V0 u, r) W2 k: f, y/ i7 S5 p該圖顯示了一個(gè)8英寸晶圓,每個(gè)芯片有48個(gè)焊盤(pán),焊盤(pán)間距為0.75毫米。使用的模板具有不同的開(kāi)口尺寸和形狀,以?xún)?yōu)化凸塊形成。
7 N" Q) X, P& S j
% P; L$ j3 `0 P& H; ?C4(受控塌陷芯片連接)晶圓凸塊制作
3 i) Z+ ?" ]- I& | sC4凸塊制作通常通過(guò)電鍍完成,包括以下步驟:濺射凸塊下金屬層(UBM)涂布和圖案化光刻膠電鍍銅和焊料剝離光刻膠并蝕刻UBM回流焊料形成球形凸塊
. E P3 H5 P. n9 b7 K. B+ h[/ol]' R! ?& W2 X) w7 Q& a' p
圖2說(shuō)明了C4晶圓凸塊制作過(guò)程:
* {' x; Y6 @! i% e1 F! y# d( Y
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! s2 p8 @! Z) x. X5 e% X
圖2: n* z) {) v( Z+ N
6 ?5 s7 ^, I% x. o6 [
C2(芯片連接)晶圓凸塊制作
' K0 ^. I; L# U% ~% `" R+ bC2凸塊制作是C4的一種變體,使用帶有焊料帽的銅柱。這種方法允許更細(xì)的間距和更好的熱電性能。該過(guò)程與C4凸塊制作類(lèi)似,主要區(qū)別在于在焊料帽之前電鍍銅柱。
: i6 E$ D) m4 y) O; o& `. _- j( b# v8 Z, A2 a
圖3顯示了C2晶圓凸塊制作過(guò)程:; E4 L3 i5 a a' u
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: o8 W7 j. y/ x
圖3
5 [' V- Q5 ]! K
' D- s* V6 i5 X/ U4 R7 n& l4 A
! j' L. v- j8 ~4 Z8 O- Q. K翻轉(zhuǎn)芯片組裝方法& D% @4 o' v1 I, u/ ]. p9 \
有幾種方法可以將翻轉(zhuǎn)芯片組裝到基板上。選擇取決于凸塊類(lèi)型、間距和可靠性要求等因素。
' x5 k- D7 \4 Q: \$ K, [) w& C
; o+ {8 p4 L- J- GC4或C2凸塊的批量回流(CUF)$ Q+ V9 B6 J5 V1 _! G5 y" ~
這是最常見(jiàn)的翻轉(zhuǎn)芯片組裝方法,包括:在凸塊或基板上涂助焊劑將芯片放置在基板上回流組件形成焊點(diǎn)為提高可靠性而施加毛細(xì)管底填充(CUF)" }7 Q+ Q& y: P% a& y& e
[/ol]
* h* @$ q. g# W$ U2 ^; I圖4說(shuō)明了這個(gè)過(guò)程:
/ p. u* y6 ~5 U! c
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: r+ L8 C; r, Z+ k圖46 g Z* ?2 g* _8 P4 e$ w
; f# i( g! l a. C9 r
低力熱壓鍵合(TCB)(CUF)8 }! l8 C* j- p7 e E9 c
對(duì)于更高的引腳數(shù)和更細(xì)的間距,使用低力TCB:涂助焊劑將芯片放置在基板上施加熱量和低壓力形成焊點(diǎn)施加毛細(xì)管底填充1 i4 D, k. }& O
[/ol]
8 C: d% _. E$ F, U! D/ [圖5顯示了這個(gè)過(guò)程:
2 P) S& U6 d- S( ]$ [# w9 Q9 {
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, k: \; h+ m+ m% i" a
圖5& n: }( p7 g& K3 Z6 j0 ? C
9 s. m, @; J3 l1 A6 S# E9 Z/ @
高力TCB(NCP/NCF)
) ?' \2 N- w2 w% R& l0 Y8 m& p對(duì)于更細(xì)的間距和更薄的封裝,使用高力TCB和預(yù)先涂布的底填充:在基板或芯片上涂布非導(dǎo)電糊料(NCP)或薄膜(NCF)將芯片放置在基板上施加熱量和高壓力同時(shí)形成互連并固化底填充2 R" A& v2 _ ?1 e, ]6 m& f1 h
[/ol]
- ^* k: W: L; r7 N圖6和7說(shuō)明了這些過(guò)程:* D! F" D' D% c$ b) o
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" v! u/ L9 R* d. J% U7 P圖6
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5 i2 q+ C" `: W4 Y* ?, D9 e圖7
% }: c1 P! P2 h( B3 [* n. L8 V+ \! d$ x/ e; P5 K+ j& {
7 f: E4 T: B8 T- D7 C' @8 n4 B+ u' {用于可靠性的底填充
; b: c" o: y, Z: H; F6 |+ k- h$ c底填充對(duì)翻轉(zhuǎn)芯片組件的可靠性非常重要,特別是在有機(jī)基板上。它有助于分散應(yīng)力并保護(hù)焊點(diǎn)免受熱疲勞和機(jī)械疲勞。( l8 E# f6 l8 k n8 ]1 I9 L z
) L. J. s3 x% K7 O4 Z4 u' Z
圖8顯示了底填充分配過(guò)程:0 E0 S6 u1 |6 W$ {0 y
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. B/ `( K. P4 }3 P+ M# q
圖8
, c6 W9 @7 d+ ]1 s7 @* h3 V# o, p6 U
3 v: t$ Q) m4 _先進(jìn)的翻轉(zhuǎn)芯片組裝:C2凸塊的LPC TCB
- C' @/ T* y Y `翻轉(zhuǎn)芯片組裝的最新進(jìn)展是液相接觸(LPC)TCB工藝。這種方法提供更高的產(chǎn)量和更好的焊點(diǎn)高度控制。5 I4 B6 L+ G3 b( z
2 J2 j0 N$ G, Y- O2 y4 ]
LPC TCB的主要特點(diǎn):3 s2 `# r0 N* }/ Q
焊料在接觸基板之前熔化更短的鍵合周期時(shí)間(精確控制焊點(diǎn)厚度
' W7 t) ^# r# F6 N* t
! y+ f$ M6 _! I$ b! b h) N+ B圖9說(shuō)明了LPC TCB過(guò)程:
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" I% m5 ^, g# z9 n3 [圖9
4 w) ], I+ O, @. a
7 h; ^3 d+ m5 RLPC TCB的優(yōu)勢(shì):: y O" I( K) g& B
更高的產(chǎn)量(每小時(shí)可達(dá)1,200單位)優(yōu)秀的焊料潤(rùn)濕性精確控制支撐高度0 B1 a0 Y4 W. e! D$ {5 B0 a/ U
4 {' k) ~- m: s; v$ {1 W$ V8 ^
圖10顯示了使用LPC TCB的芯片上基板(CoS)組件的橫截面:
$ m% @# L* L# J, o8 [+ L3 y! g
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' U: _/ v% \* Z1 m8 y0 V6 U圖10
5 c$ O! h( K: \; W. l8 J6 e+ e0 _% z1 ^; P- p9 s
焊點(diǎn)質(zhì)量和可靠性# Q3 R. U! h1 _/ X$ c! t& p- H
焊點(diǎn)的質(zhì)量和可靠性對(duì)翻轉(zhuǎn)芯片組件非常重要。影響接頭質(zhì)量的因素包括:5 _* v \5 a$ B: b. L/ E6 P- E
金屬間化合物(IMC)的形成焊點(diǎn)支撐高度熱循環(huán)性能
- z3 T c7 A( ~. h2 x H! g, Y/ Q+ k8 C
圖11比較了不同工藝形成的焊點(diǎn)的界面微觀結(jié)構(gòu):
+ t% a9 E- f. e. J2 v7 h% u7 a
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$ C9 \7 D9 A9 K- U3 w0 j5 L圖11% D& m! a- v( ~ B6 _# N
/ t5 f C7 M$ ~" m* s8 C* I
未來(lái)趨勢(shì)和建議8 k/ N' V6 m6 j- q- L- ]! B
隨著半導(dǎo)體行業(yè)的不斷發(fā)展,翻轉(zhuǎn)芯片技術(shù)正在演變以應(yīng)對(duì)新的挑戰(zhàn):/ H1 b, r) Q$ t# [* E
增加引腳數(shù)(高達(dá)10,000個(gè))減小焊盤(pán)間距(低至30μm)更薄的芯片和基板4 j: r* Q5 b- l' o' h
! i$ t1 m% H3 c7 H$ m% i
圖12總結(jié)了不同翻轉(zhuǎn)芯片組裝方法的當(dāng)前能力:# x! a- u8 J7 ]3 o* L4 y+ w
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& x/ U2 o$ u: l' ^1 u# }! q/ o, a1 u圖12
" y% L6 H9 j" d o, [9 k: T0 K9 f/ s" @; I4 s) I a4 w) q* O8 d# n
對(duì)翻轉(zhuǎn)芯片技術(shù)的建議:對(duì)于大多數(shù)應(yīng)用,在有機(jī)基板上使用C4凸塊的批量回流和CUF仍然是最廣泛使用的方法。對(duì)于更高的引腳數(shù)和更細(xì)的間距,考慮使用小力TCB和C2凸塊。對(duì)于最高的引腳數(shù)和最細(xì)的間距,使用大力TCB和帶有NCP/NCF的C2凸塊。關(guān)注LPC TCB等進(jìn)展,以潛在地提高產(chǎn)量和焊點(diǎn)質(zhì)量。
, J3 R# ^& x: s# q; @6 ?2 i[/ol]) J0 }9 H& [& x3 L5 K
結(jié)論1 c8 ]5 z+ l5 d; d
翻轉(zhuǎn)芯片技術(shù)繼續(xù)成為半導(dǎo)體行業(yè)中的重要封裝方法。通過(guò)了解各種凸塊制作工藝、組裝方法和最新進(jìn)展,工程師可以為其特定應(yīng)用需求選擇最合適的技術(shù)。隨著行業(yè)向更高集成度和更小的外形因素發(fā)展,翻轉(zhuǎn)芯片技術(shù)將在實(shí)現(xiàn)電子設(shè)備中發(fā)揮越來(lái)越重要的作用。# a5 M/ z6 Q4 J R- i" B+ I
1 ~+ y1 ^4 j4 p; u3 N# m參考文獻(xiàn)
2 t5 n; S' @( M, J3 L+ O! l[1] J. H. Lau, "System-in-Package (SiP)," in Semiconductor Advanced Packaging. Singapore: Springer Nature Singapore Pte Ltd., 2021, ch. 2, pp. 27-65.; Y v+ F8 ~) ^% b0 T
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3 i4 e6 T+ u: Y1 ^% v' k. l) K深圳逍遙科技有限公司(Latitude Design Automation Inc.)是一家專(zhuān)注于半導(dǎo)體芯片設(shè)計(jì)自動(dòng)化(EDA)的高科技軟件公司。我們自主開(kāi)發(fā)特色工藝芯片設(shè)計(jì)和仿真軟件,提供成熟的設(shè)計(jì)解決方案如PIC Studio、MEMS Studio和Meta Studio,分別針對(duì)光電芯片、微機(jī)電系統(tǒng)、超透鏡的設(shè)計(jì)與仿真。我們提供特色工藝的半導(dǎo)體芯片集成電路版圖、IP和PDK工程服務(wù),廣泛服務(wù)于光通訊、光計(jì)算、光量子通信和微納光子器件領(lǐng)域的頭部客戶(hù)。逍遙科技與國(guó)內(nèi)外晶圓代工廠(chǎng)及硅光/MEMS中試線(xiàn)合作,推動(dòng)特色工藝半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展,致力于為客戶(hù)提供前沿技術(shù)與服務(wù)。
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