倒裝芯片包括許多不同的工藝方法。目前,業(yè)界倒裝芯片的凸點(diǎn)技術(shù)主要有金凸點(diǎn)、錫凸點(diǎn)及銅柱凸點(diǎn),對(duì)應(yīng)的焊接工藝主要為超聲波熱壓焊、回流焊及熱壓焊。由于技術(shù)的發(fā)展和產(chǎn)品的不同,底部填充工藝主要分為毛細(xì)底部填充、塑封底部填充、非導(dǎo)電型膠水(NCP)或膠膜 (NCF)底部填充。圖所示為凸點(diǎn)示意圖。隨著圓片 CMOS 工藝不斷向 16nm、10nm、7nm 等高密度方向發(fā)展,對(duì)芯片V0的密度和性能要求越來越高,這都需要產(chǎn)品采用倒裝工藝來滿足芯片的需求。倒裝芯片對(duì)高密度微凸點(diǎn)技術(shù)、小節(jié)距倒裝芯片鍵合技術(shù)及底部填充技術(shù)等方面的封裝工藝及可靠性的要求也越來越高。每種工藝方法都有不同之處,且應(yīng)用范圍也有所不同。例如,就電路板或基板類型的選擇而言,無論它是有機(jī)材料、陶瓷材料還是柔性材料,都決定著組裝材料(包括凸點(diǎn)類型、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。因此,未來倒裝芯片的封裝需要結(jié)合產(chǎn)品應(yīng)用、芯片設(shè)計(jì)、封裝設(shè)計(jì)、封裝材料、封裝設(shè)備及封裝工藝來共同選擇工藝組合,以找到最優(yōu)的封裝方案。如今,倒裝芯片技術(shù)已廣泛應(yīng)用于消費(fèi)類電子領(lǐng)域,未來在物聯(lián)網(wǎng)、汽車電子、大數(shù)據(jù)等方面的應(yīng)用也會(huì)更廣泛,倒裝芯片封裝被認(rèn)為是推進(jìn)低成本高密度便攜式電子設(shè)備制造所必需的一項(xiàng)工藝。第一步:凸點(diǎn)底部金屬化 (UBM=under bump metallization)
凸點(diǎn)金屬化是為了將半導(dǎo)體中P-N結(jié)的性能引出,其中熱壓倒裝芯片連接最合適的凸點(diǎn)材料是金,凸點(diǎn)可以通過傳統(tǒng)的電解鍍金方法生成,或者采用釘頭凸點(diǎn)方法,后者就是引線鍵合技術(shù)中常用的凸點(diǎn)形成工藝。UBM的沉積方法主要有:
濺射:用濺射的方法一層一層地在硅片上沉積薄膜,然后通過照相平版技術(shù)形成UBM圖樣,然后刻蝕掉不是圖樣的部分。
蒸鍍:利用掩模,通過蒸鍍的方法在硅片上一層一層地沉積。這種選擇性的沉積用的掩模可用于對(duì)應(yīng)的凸點(diǎn)的形成之中。
化學(xué)鍍:采用化學(xué)鍍的方法在Al焊盤上選擇性地鍍Ni。常常用鋅酸鹽工藝對(duì)Al表面進(jìn)行處理。無需真空及圖樣刻蝕設(shè)備,低成本。
第二步:芯片凸點(diǎn)
這部分是形成凸點(diǎn),可以看做給P-N結(jié)做電極,類似于給電池加工一個(gè)輸出端。
常見的6種形成凸點(diǎn)形成辦法:
蒸鍍焊料凸點(diǎn),
電鍍焊料凸點(diǎn),
印刷焊料凸點(diǎn),
釘頭焊料凸點(diǎn)
放球凸點(diǎn)
焊料轉(zhuǎn)移凸點(diǎn)
以典型的電鍍焊料凸點(diǎn)來看,其加工示意圖如下:
完成后的凸點(diǎn)在掃描電子顯微鏡下觀察,微觀形態(tài)是一個(gè)體型均勻的金屬球。
下圖是凸點(diǎn)形成前后的對(duì)比,回流加熱前為圓柱體,加熱后金屬材料融化,形成球形融化電極。
第三步:將已經(jīng)凸點(diǎn)的晶片組裝到基板/板卡上
在熱壓連接工藝中,芯片的凸點(diǎn)是通過加熱、加壓的方法連接到基板的焊盤上。該工藝要求芯片或者基板上的凸點(diǎn)為金凸點(diǎn),同時(shí)還要有一個(gè)可與凸點(diǎn)連接的表面,如金或鋁。對(duì)于金凸點(diǎn),一般連接溫度在300℃左右,這樣才能使材料充分軟化,同時(shí)促進(jìn)連接過程中的擴(kuò)散作用。
第四步:使用非導(dǎo)電材料填充芯片底部孔隙
填充時(shí),將倒裝芯片與基板加熱到70至75℃,利用裝有填料的L形注射器,沿著芯片的邊緣雙向注射填料。由于縫隙的毛細(xì)管的虹吸作用,填料被吸入,并向中心流動(dòng)。芯片邊緣有阻擋物,以防止流出。有的使用基板傾斜的方法以利于流動(dòng)。填充完畢后,在烘箱中分段升溫,達(dá)到130 ℃左右的固化溫度后,保持3到4小時(shí)即可達(dá)完全固化。下面是填膠示意圖:
填膠完成后的芯片和基板穩(wěn)定的結(jié)合在一起,完成后的示意圖:
小結(jié)
經(jīng)過以上的四步工序,完成了芯片與基體的倒裝連接,雖然介紹起來并不復(fù)雜,但要完整完成這幾部工序依然是件系統(tǒng)的工程。倒裝芯片結(jié)構(gòu)從上至下依次為藍(lán)寶石襯底、N型半導(dǎo)體層,發(fā)光層,P型半導(dǎo)體層和電極,與正裝結(jié)構(gòu)相比,該結(jié)構(gòu)中PN結(jié)處產(chǎn)生的熱量不經(jīng)過襯底即可直接傳導(dǎo)到熱沉,因而散熱性能良好,芯片發(fā)光效率和可靠性較高;倒裝結(jié)構(gòu)中,p電極和n電極均處于底面,避免了對(duì)出射光的遮擋,芯片出光效率較高;此外,倒裝芯片電極之間距離較遠(yuǎn),可減小電極金屬遷移導(dǎo)致的短路風(fēng)險(xiǎn)。倒裝芯片封裝清洗:
合明科技研發(fā)的水基清洗劑配合合適的清洗工藝能為芯片封裝前提供潔凈的界面條件。
水基清洗的工藝和設(shè)備配置選擇對(duì)清洗精密器件尤其重要,一旦選定,就會(huì)作為一個(gè)長(zhǎng)期的使用和運(yùn)行方式。水基清洗劑必須滿足清洗、漂洗、干燥的全工藝流程。
污染物有多種,可歸納為離子型和非離子型兩大類。離子型污染物接觸到環(huán)境中的濕氣,通電后發(fā)生電化學(xué)遷移,形成樹枝狀結(jié)構(gòu)體,造成低電阻通路,破壞了電路板功能。非離子型污染物可穿透PC B 的絕緣層,在PCB板表層下生長(zhǎng)枝晶。除了離子型和非離子型污染物,還有粒狀污染物,例如焊料球、焊料槽內(nèi)的浮點(diǎn)、灰塵、塵埃等,這些污染物會(huì)導(dǎo)致焊點(diǎn)質(zhì)量降低、焊接時(shí)焊點(diǎn)拉尖、產(chǎn)生氣孔、短路等等多種不良現(xiàn)象。
這么多污染物,到底哪些才是最備受關(guān)注的呢?助焊劑或錫膏普遍應(yīng)用于回流焊和波峰焊工藝中,它們主要由溶劑、潤(rùn)濕劑、樹脂、緩蝕劑和活化劑等多種成分,焊后必然存在熱改性生成物,這些物質(zhì)在所有污染物中的占據(jù)主導(dǎo),從產(chǎn)品失效情況來而言,焊后殘余物是影響產(chǎn)品質(zhì)量最主要的影響因素,離子型殘留物易引起電遷移使絕緣電阻下降,松香樹脂殘留物易吸附灰塵或雜質(zhì)引發(fā)接觸電阻增大,嚴(yán)重者導(dǎo)致開路失效,因此焊后必須進(jìn)行嚴(yán)格的清洗,才能保障電路板的質(zhì)量。
合明科技運(yùn)用自身原創(chuàng)的產(chǎn)品技術(shù),滿足芯片封裝工藝制程清洗的高難度技術(shù)要求,打破國(guó)外廠商在行業(yè)中的壟斷地位,為芯片封裝材料全面國(guó)產(chǎn)自主提供強(qiáng)有力的支持。
推薦使用合明科技水基清洗劑產(chǎn)品。