随着国家半导体行业的发展,从事制造业的人将或多或少进入到半导体行业,于是整理一些资料来聊一聊半导体加工工艺。
首先,如果大家手上有一颗芯片,要把这个芯片固定在电路板或其他基板上,实现芯片性能的正常输出,可以采取的方法有哪些?

最常见的方法有三种:

第一种是通过引线连接,采取导电性好的金丝将芯片管脚与电路相连接,称为wire bonding。
第二种是管脚贴合技能,将金丝转换成铜箔,铜箔与芯片管脚的凸点贴合,称为TAB。
第三种是倒装技能,是将芯片上导电的凸点与电路板上的凸点通过一定工艺连接起来,称为Flip chip。
由于半导体越来越集成化,体积越来越小,性能越来越高,于是倒焊技能越来越广泛的得到了运用。
这一篇,就来先容一下芯片倒装技能。
芯片倒装的英文名称叫Flip Chip,便是让芯片的打仗点与基板、载体、电路板相连,在相连的过程中,由于芯片的凸点是朝下连接,因此称为倒装。
倒装也是和普通元器件朝上放置比较较而言的,也称为DCA(Direct chip attach).
倒装芯片的示意图如下:
在范例的倒装芯片封装中, 芯片通过3到5个密耳(mil)厚的焊料凸点连接到芯片载体上,底部添补材料用来保护焊料凸点,上图中芯片Chip和PCB板通过倒装技能连接在一起。
日常中常见到了电子元器件很多都采取了倒装焊接技能,比如我们电脑中的内存条。
如果将内存条从截面剖开,芯片与电路板便是采取的倒装连接技能。
倒装芯片紧张通过四个步骤完成:
第一步:凸点底部金属化 (UBM=under bump metallization)
凸点金属化是为了将半导体中P-N结的性能引出,个中热压倒装芯片连接最得当的凸点材料是金,凸点可以通过传统的电解镀金方法天生,或者采取钉头凸点方法,后者便是引线键合技能中常用的凸点形成工艺。
UBM的沉积方法紧张有:
溅射:用溅射的方法一层一层地在硅片上沉积薄膜,然后通过摄影平版技能形成UBM图样,然后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。这种选择性的沉积用的掩模可用于对应的凸点的形成之中。
化学镀:采取化学镀的方法在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,低本钱。
这部分是形成凸点,可以看做给P-N结做电极,类似于给电池加工一个输出端。
常见的6种形成凸点形成办法:
蒸镀焊料凸点,电镀焊料凸点,印刷焊料凸点,钉头焊料凸点放球凸点焊料转移凸点
以范例的电镀焊料凸点来看,其加工示意图如下:
完成后的凸点在扫描电子显微镜下不雅观察,微不雅观形态是一个体型均匀的金属球。
下图是凸点形成前后的比拟,回流加热前为圆柱体,加热后金属材料融化,形成球形融化电极。
第三步:将已经凸点的晶片组装到基板/板卡上
在热压连接工艺中,芯片的凸点是通过加热、加压的方法连接到基板的焊盘上。该工艺哀求芯片或者基板上的凸点为金凸点,同时还要有一个可与凸点连接的表面,如金或铝。对付金凸点,一样平常连接温度在300℃旁边,这样才能使材料充分软化,同时促进连接过程中的扩散浸染。
第四步:利用非导电材料添补芯片底部孔隙
添补时,将倒装芯片与基板加热到70至75℃,利用装有填料的L形注射器,沿着芯片的边缘双向注射填料。由于缝隙的毛细管的虹吸浸染,填料被吸入,并向中央流动。芯片边缘有阻挡物,以防止流出。有的利用基板倾斜的方法以利于流动。
添补完毕后,在烘箱等分段升温,达到130 ℃旁边的固化温度后,保持3到4小时即可达完备固化。
下面是填胶示意图:
填胶完成后的芯片和基板稳定的结合在一起,完成后的示意图:
经由以上的四步工序,完成了芯片与基体的倒装连接,虽然先容起来并不繁芜,但要完全完成这几部工序依然是件系统的工程!
关于芯片倒装技能先先容这么多吧,下次再聊!










