Flip Chip技術(shù)在集成電路封裝中的應(yīng)用

南通富士通微電子股份有限公司 高 峰

1 引言

目前，集成電路互連的技術(shù)主要有三種：引線鍵合技術(shù)（Wire Bond）、載帶自動鍵合技術(shù)(Tape Automated Bonding)、倒裝芯片技術(shù)（Flip Chip）。WB與TAB的芯片焊盤限制在芯片四周，因此I/O數(shù)比較低，而FC可以將整個芯片面積用來與基板互連，極大地提高了I/O數(shù)[1]。FC封裝技術(shù)產(chǎn)品核心技術(shù)密間距凸點倒裝、環(huán)氧樹脂底部一次性填充封裝技術(shù)。其特點包括：取代涂布底填、無需再布線技術(shù)、低凸點倒裝焊接技術(shù)、窄節(jié)距凸點焊接技術(shù)、高密度凸點的倒裝貼裝技術(shù)及高可靠性等。具備以下優(yōu)點：賦予了封裝組件良好的電氣性能；具有較高的封裝速度；幾乎沒有封裝密度的限制，能夠增加單位面積內(nèi)的I/O數(shù)量；減小了封裝組件的尺寸和重量；提高了信號完整性，頻率特性更好；倒裝凸點等制備基本以圓片、芯片為單位；與單根引線為單位的引線鍵合互連比較，生產(chǎn)效率高，降低了批量封裝的成本等。它迎合了微電子封裝技術(shù)追求更高密度、更小尺寸、更快處理速度、更高可靠性和更經(jīng)濟的發(fā)展趨勢。[2]FC是用于智能手機和平板電腦的應(yīng)用處理器與基頻處理器的封裝。隨著LTE網(wǎng)絡(luò)的成熟普及，今后對高性能智能手機和平板電腦的要求將會越來越高，預(yù)計，F(xiàn)C封裝技術(shù)產(chǎn)品的需求量每年將增加30%以上，有著廣闊的市場空間。

2 技術(shù)內(nèi)容

FC封裝技術(shù)產(chǎn)品采用倒裝回流后再填充塑封料的方式完成產(chǎn)品封裝的集成電路封裝技術(shù)。

①技術(shù)路線

②開發(fā)的主要技術(shù)及工藝流程

圖1 FC倒裝焊工藝流程

圖2 銅柱凸塊工藝流程

圖3

圖4 銅柱凸塊形成/工藝流程說明

圖5 銅柱凸塊形成后的外觀照片

3 技術(shù)方案

通過對FC CSP封裝技術(shù)研發(fā)，提出可行的技術(shù)路線與工藝方案；購買專用儀器設(shè)備，優(yōu)化工藝步驟及條件，篩選材料，根據(jù)客戶提出的要求，在考核批次中對產(chǎn)品作進一步的提高與完善；采用銅柱MUF（Molding Under Fill）封裝技術(shù)，代涂布底填的方法，極大的提高了生產(chǎn)效率，降低了生產(chǎn)成本；提高了封裝產(chǎn)品的可靠性；采用低凸點倒裝焊接技術(shù)、窄節(jié)距凸點焊接技術(shù)、高密度凸點的倒裝貼裝技術(shù)；考核批次通過本公司可靠性測試及客戶進行AEC-Q100等相關(guān)標準的考核后，進行中試生產(chǎn)，解決各工序中的技術(shù)問題；項目產(chǎn)品中試合格率穩(wěn)定在99%以上，進行批量封裝生產(chǎn)，實現(xiàn)項目產(chǎn)品的產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)，以滿足國內(nèi)外高端電子產(chǎn)品市場的需要。

FC封裝產(chǎn)品技術(shù)性能指標∶a、矮凸點倒裝焊接技術(shù)，凸點高度＜65um；b、窄節(jié)距凸點焊接技術(shù)，凸點節(jié)距＜90um；c、高密度凸點的倒裝焊接技術(shù)，凸點數(shù)＞800；d、高可靠，通過-65℃-125℃溫度循環(huán)500次。

4 產(chǎn)品競爭優(yōu)勢

FC封裝技術(shù)產(chǎn)品是在基板上采用倒裝焊接后，通過回流固定產(chǎn)品的集成電路封裝技術(shù)。與傳統(tǒng)封裝產(chǎn)品相比，F(xiàn)CCSP封裝產(chǎn)品更小、更輕、更薄，封裝產(chǎn)品具有：

①更窄的Bump間距：同類FCCSP產(chǎn)品Bump間距在120μm左右，本項目的FCCSP產(chǎn)品凸點中心最低達85μm。

②更高的密度，更多的I/O輸出端：同類產(chǎn)品FCCSP芯片凸點數(shù)普遍在800個左右，I/O輸出端在400左右。本項目中，6.5mm×7.5mm芯片尺寸上Bump數(shù)做到1,300個以上，I/O輸出端達600多個，具有更高的性能。

③更高的可靠性：本項目FCCSP工藝在圓片表面形成銅柱凸點后，倒裝焊接后回流，減少了Bump表面裂紋。

④更薄的外形尺寸/更低的成本：本項目FCCSP工藝使得基板內(nèi)布線的層數(shù)變少，從而使得封裝產(chǎn)品的外形更薄、更輕，成本更低。

5 市場展望

當(dāng)前的C4技術(shù)廣泛用于PC和游戲機的CPU等芯片封裝，其矩陣bump的pitch都大于120微米。在小pitch焊料bump情況時會有站高不穩(wěn)定、bump浸潤不良和bump短路失效等問題出現(xiàn)。該項目FCCSP工藝的bump pitch 可＜120um。而且一個關(guān)鍵優(yōu)點是無需在芯片上做再布線層。

該FCCSP封裝技術(shù)需首先在芯片Pad上制造bump，然后采用倒裝貼裝和MUF的Flip Chip 工藝。該技術(shù)可以采用不同的bump技術(shù)，在Low K芯片上加工bump。

隨著4G時代的到來，智能手機、智能平板廣泛的使用，使得基于FCCSP封裝的消費類電子產(chǎn)品，產(chǎn)業(yè)化市場前景一片光明。

[1]劉培生,楊龍龍,盧穎 等.倒裝芯片封裝技術(shù)的發(fā)展[J].電子元件與材料, 2014,33(2).

[2]張文杰,朱朋莉,趙濤 等.倒裝芯片封裝技術(shù)概論[J].集成技術(shù), 2014,3(6).