【倒装焊技术应用及操作流程探析11000字（论文）】

倒装焊技术应用及操作流程研究目录TOC\o"1-3"\h\u6745摘要 131151倒装芯片焊接技术概念及特点 2245321.1倒装芯片焊接概念 2143121.2倒装芯片焊接特点 228691.2.1效率更高，成本更低 3165491.2.2生产出的芯片更符合市场要求 331941.2.3机器散热性更好，电路可靠性增加 3138182倒装芯片焊接工艺流程 4241082.1控制系统和监视显示屏 5216152.2承片加工台 5200452.3压焊头 538892.4芯片拾放头 5132472.5芯片显示对位系统 5308083倒装焊工艺及其应用 571513.1凸点制备技术 511373.1.1电镀凸点 668553.1.2蒸发/溅射凸点制作法 7192333.1.3雪球凸点法 8305123.1.4钉头凸点制作法 9138543.1.5转移法 101743.1.6印刷法 11227503.2UBM制备技术 12324793.2.1UBM技术分层 12160263.2.2UBM制备方法 12291513.3下填充技术 13106553.3.1常规下填充 14212173.3.2晶圆级下填充 17220253.3.3注模下填充 18159953.3.4非流动下填充 1990403.4倒装技术 20323833.4.1热压焊接 20254323.4.2熔焊 20223503.4.3胶粘连接 21171183.4.4超声热压焊 21238124总结及展望 2178054.1总结 21304654.2展望 2228828参考文献 22摘要随着集成电路封装密度的不断提高，传统的集成电路封装技术已经没有办法再完全保证芯片封装的技术标准，倒装焊技术的不断发展和成熟给芯片封装提供了更好的选择，并且在长期的生产实践中逐渐得到了广泛应用。本文主要是针对于倒装芯片焊接的操作流程和主要技术应用进行了相关介绍。就倒装焊技术来说，凸块制备技术直接决定了倒装芯片焊接技术的质量，目前市场上已经出现了各种凸块制备技术以满足不同产品的封装需求。因此，倒装芯片焊接技术的发展前景良好。在本文中，将主要对倒装焊技术的主要工艺技术应用进行分析阐述。1倒装芯片焊接技术概念及特点1.1倒装芯片焊接概念倒装焊技术，也可以称之为芯片倒装技术或者是芯片倒装互连焊接技术，是针对于芯片封装的一种前沿技术，在几十年的技术发展中逐渐取代了传统的封装技术而被市场青睐。倒装焊技术早在上世纪六十年代就已经出现了，其刚开始是在一种基于陶瓷基板的固态逻辑技术。在上世纪七十年代逐渐被应用在了芯片封装技术当中。作为一种芯片封装技术，倒装焊和传统封装技术的区别就是芯片有缘面的朝向，“倒装”就意味着其芯片有缘面和传统封装技术相比是对倒过来的，传统封装技术中，芯片有缘面是朝上完成封装，倒装则是朝下。因为朝向的改变导致倒装焊技术的互联线相比更短，进行封装互连过程中所产生的电阻以及零散电容会更少，可以极大的增加批次性、大量性的芯片封装的效率。在现代社会芯片供求增加的背景下，倒装焊技术逐渐取代了传统封装技术而被市场所普遍接受。另外，倒装焊技术相较于传统封装技术所占用的基板面积更少，从而可以增加同面积的芯片封装数量，这也是倒装焊技术的优势之一，适用于工业化大批量生产。图1倒装焊基本结构1.2倒装芯片焊接特点在互联网技术不断发展的今天，科学技术水平的上升以及市场对更高性能芯片的需求增加，导致芯片逐渐向更薄、更轻、更小以及更强的性能方向发展，在这种情况下，由于传统封装技术无法满足市场大规模大批量的芯片生产要求从而导致倒装封装技术的普及。从下图传统封装技术和倒装焊封装技术的对比其实可以发现倒装技术更具备发展前景，其主要的优势主要有以下几点。1.2.1效率更高，成本更低相较于传统封装技术来说，倒装技术可以以芯片、圆片作为基础,在相同面积下可以在基板上铺设的芯片单位更多，简单来说就是同等基板面积上产量更大，生产速度更快，可以有效提高芯片生产效率，降低生产成本。1.2.2生产出的芯片更符合市场要求另外一个优势其实在之前的技术介绍中也说明过，相较于传统封装技术，倒装技术由于其“引线建和”更短，所以在芯片封装过程中所产生的电阻以及零散电容会更少，所以生产出的芯片性能会更高，并且可以迎合市场更小、更薄、更轻的要求。1.2.3机器散热性更好，电路可靠性增加从传统封装技术以及倒装焊封装技术的技术图对比中可以清楚的发现，倒装焊封装机器没有塑封体，其散热能力更强，同时在芯片的背面可以添加散热片进行有效降温，提高机器使用寿命以及电路可靠性。图1-1传统引线键合互连技术图1-2倒装凸点互连技术2倒装芯片焊接工艺流程倒装芯片键合机是互连和焊接各种倒装芯片凸块和板焊盘的主要方法。倒装芯片键合机面临大量的1/O，因此凸块尺寸和间距小，性能高。由于大规模或超大规模芯片焊接的多功能性，倒装芯片键合机的使用要求更高。图4显示了使用倒装芯片键合机的芯片键合过程。焊头和板子之间有一个倾斜45°的半反射镜。光反射系统在镜头上方和下方显示两种类型的图形。可以同时在监视器屏幕上看到操作过程，焊头吸引倒装芯片，移动晶圆加工台使芯片凸块与基板焊接区对齐，取下镜片，焊头承载芯片和芯片，基板焊接区域同时加压和加热以完成焊接。无论是WB焊机、TAB内引线焊机，还是倒装焊机，焊接质量与焊接过程中的压力（P）、温度（T）和时间（t）三个参数有关。正如WB使用热压焊机和超声波焊机来互连IC芯片焊盘和基板焊盘一样，TAB使用内部引线键合机来互连IC芯片凸块和基板焊盘。焊接。为提高产量而构建的半自动和自动焊机使用计算机编程来自动调整P、T和t，以实现高速和最高质量的焊接。倒装芯片键合机有手动、半自动和全自动几种类型，主要由晶圆加工台、芯片取放头、芯片显示对准系统、控制系统、监控显示屏和压焊头和组成。图4倒装焊工作原理图倒装焊接机可以按照不同的生产研发要求设置成不同的启动模式，具体如前文中所说的自动、半自动以及手动操作三种，同时，其设备的对位精度也可以在十微米到几微米的范围内进行自动调整。2.1控制系统和监视显示屏倒装焊接机的控制系统是焊接机最重要的系统，所有任务的完成都是基于控制系统的流程管理，其作用原理相当于是在计算机系统内部输入已知的成熟操作代码或者软件来完成芯片的封装操作。监视显示屏则是针对于机器操作过程中的流程完整的纪录下来，同时也可以通过外显示屏进行流程的查看，可以针对于芯片封装出现的问题进行及时的发现和处理。2.2承片加工台焊接机的承片加工台可以通过XY轴的平面进行被焊接基板的高度以及左右位置调解，其主要目的是对基板进行调节，以保证基板上芯片的封装效率以及封装质量。2.3压焊头倒装焊接机上的压焊头是完成芯片封装操作的核心部分，根据控制系统设定好的温度、压力以及时间对基板上的芯片进行封装，具体操作是在控制系统中设定好相关温度、压力以及时间之后，焊接头下压完成设定程序的封装。2.4芯片拾放头倒装焊接机上的芯片抬放头部分主要是针对于芯片进行“拾起”以及“抬高”和“放下”操作的部件，主要是用做芯片在成片加工台上的基板焊接，简单来说就是将芯片摆放在基板上的合理位置上。2.5芯片显示对位系统当芯片抬放头针对于芯片进行基板位置的校准工作时，芯片显示对位系统会在显示屏中显示当前倒装焊接机内部芯片在基板上的位置，由此可以观察到芯片是否在合适的位置完成了芯片封装。3倒装焊工艺及其应用3.1凸点制备技术凸点制备技术是倒装焊封装技术中最为重要也是应用最为普遍的封装技术，目前所已知应用最早的凸点制备技术是IBM公司的CA制备工艺。在凸点制备技术中，芯片上的凸点都是由倒装焊接机中的薄膜金属蒸发形成。伴随着凸点制备工艺的发展，为了迎合市场生产要求，凸点制备技术也在不断完善和发展，逐渐出现了电镀凸点制备法、蒸发/溅射制备法、雪球凸点制备法、钉头法等等工艺。3.1.1电镀凸点表3.1显示了常见的电镀凸点类型、连接方法和熔点。图3.1显示了电镀低温焊料凸点的工艺流程。这种方法是国际上流行的成熟的凸块制造方法。电镀工艺具有优良的再现性和一致性，可用于不同类型芯片和不同材料、不同高度的凸块的大批量生产加工。蒸发/溅射也用于UBM，这是电镀凸块工艺所需的，但比UBM厚很多倍的凸块制备被一种需要较少资本投资和较低运营成本的电镀工艺所取代。凸块材料主要分为三种：铜凸块、金凸块和焊料凸块。表3.1常用电镀凸点类型及性能凸点类型熔点/°C连接方式凸点材料焊接凸点锡铅焊料183回流焊63Pb37Sn175回流焊90Pb10Sn175回流焊90Pb10Sn锡银221回流焊96.5Sn/3.5Ag纯锡232回流焊Sn锡银铜218回流焊95.8Sn/3.5Ag0.7Cu锡铜375回流焊95Sn5Cu227回流焊99.3Sn/0.7Cu锡铋138回流焊42Sn/58Bi非焊料凸点1064粘接Cu—粘接、热声或热压焊Au图3.1电镀焊料凸点工艺流程在电镀铜柱上加一层锡或其他焊锡层的目的是使焊锡不再用于芯片的倒装组装，只需要直接加热或回流加热焊接即可。在电镀金凸点、金凸点、电镀铜柱或铜柱上镀一层焊锡层的基本原理和工艺基本相同。图3.2显示了电镀金凸点的工艺流程。图3.2电镀金凸点制备流程如果不需要耐腐蚀性，铜凸块可能是首选。大型芯片或电路板上存在较大热差异的连接需要在铜柱和焊料层之间进行铜柱或电镀工艺。这大大提高了焊接的抗疲劳性和热失配障碍。金凸点和金凸点常用于小端子和大端子的芯片。使用Au进行连接提高了连接的可靠性（焊接材料必须匹配）。铜价格便宜，但铜凸点或铜柱的抗氧化、抗腐蚀能力弱于金凸点和金凸点。3.1.2蒸发/溅射凸点制作法这种方法兼容IC工艺，工艺和设备成熟，但需要制作掩膜板，一块膜板只能用于一个IC芯片，灵活性较差。早期的倒装芯片凸块通常以这种方式创建。光掩模通常用于获得UBM和焊料凸点所需的图案，但设备成本高，准备高凸点高度耗时，生产效率相对较低。主要原因是蒸发/溅射后UBM和焊料沉积的不连续性，这会去除不需要的UBM和焊料以及随后的光刻胶。首先创建UBM，然后将焊料蒸发/溅射到UBM上以形成凸块。通过重熔焊料凸块，凸块呈锥形和球形。图3.3显示了气相蒸发/溅射凸块沉积的工艺流程。图3.3蒸发/溅射凸点制备工艺流程3.1.3雪球凸点法该系统是由PacTech开发的直接焊球装置，也称为SB2-Jet(SolderBallBumpingJet)。回流焊球，同时用脉冲光排列焊球。在此过程中，首先放置已处理的焊球。在储罐中，焊球从毛细管排出和排出（这个过程很短，不影响焊球的形状），一次完成。在发射过程中，激光系统加热并熔化焊球，使焊球润湿芯片焊盘并形成良好的键合。该方法简单、快速、高效、应用灵活。这个过程由惰性气体保护，不需要助焊剂，如图3.4所示。图3.4雪球凸点法3.1.4钉头凸点制作法铜凸块今天没有广泛使用，因为它们容易氧化并且耐腐蚀性差。随着技术的成熟和抗氧化技术的提高，相信可以取代大部分家电的金凸点。该方法使用金铜丝球键合机完成。对更好解决倒装芯片上的金凸点与管芯焊盘上的铝互连之间可能发生的金铝化合物问题，降低互连可靠性的要求较高。它的一些电路被溅到了铝垫上。与引线键合工艺中的直接焊接不同，UBM被分层，然后凸点被键合。如图3.5所示。图3.5金丝球焊键合机金秋凸点键合过程钉头凸块有尾线。一旦尖端上的所有凸块都完成后，应移除尾部尖端以压平石英板，研磨键合机，研磨（在创建晶片级钉头凸块之后）之后质量相对较高。。从所有凸块上取下尾尖，以制成具有相同凸块高度和平整度的尖端凸块。钉头凸点法具有工艺简单、容易、方便、灵活的优点，可以一尖打出凸点。仅适用于引线数量较少且芯片焊盘间距较大的芯片封装以及数量相对较少的种类繁多的芯片。认证芯片不需要凸块（如果用其他方法产生凸块，非认证芯片也必须凸块），成本较低但凸块高度一致性相对较差。图3.6显示了用于粘合的钉头的准备和平整。图3.6钉头及钉头拍平图3.1.5转移法转移法包括锡球直接转移和焊料/焊膏转移。如图3.7所示，焊膏印刷再转印法和焊锡喷射转印法已经成熟。载体有焊料坑，允许压力将焊料注入坑中。这种方法需要较少的资本投资，效率更高。焊锡印刷转移法是先通过印刷在载体上形成焊球，然后再转移到焊盘上，具体可以参见图3.8。在这里，载体必须是不会被焊料弄湿的材料，即图案和芯片焊盘的高度是必须严格要求的。在锡球注入转移转移法中，首先将焊料注入载体中形成锡球，然后回流再转移。图3.7焊料注入再转移法图3.8焊料印刷传送法焊球直接转移法现较多使用的有胶带辅助转移和微球吸取转移，参见图3.9和图3.10。图3.9胶带辅助转移图3.10微球吸取转移3.1.6印刷法印刷法不适合小间距焊盘，实际上就是SMT工艺中的丝网印刷技术，其对设备有很高的要求，同时应用受到限制，具体如图3.11。图3.11印刷凸点过程3.2UBM制备技术UBM为了使连接材料有良好的黏附性能和机械性能，并确保优良的电性能和导热性能必须能够保证凸点或焊接材料不直接与A1焊盘接触，同时也必须与A1焊盘及凸焊点间形成良好的欧姆接触。UBM在进行焊料回流或焊点退火等高温处理时，能够保证凸焊点材料不会穿透UBM而进入下面的A1焊盘中。简单来说，多层金属膜UBM是在芯片.上的A1焊盘与凸焊点之间的一层金属化层，目的是使芯片与基板互连工艺更容易实现、互连可靠性更高。3.2.1UBM技术分层UBM通常由浸润层、扩散阻挡层和黏附层等多层金属膜组成。(1)浸润焊接层它可以与凸点焊料材料充分润湿，具有很高的可焊性，不会形成不促进焊接的金属间化合物，还可以保护键合层和阻挡金属免受氧化和污染。通常选择Au膜、Au合金膜、Cu膜。表3.2显示了常用的主要UBM结构层材料和每层的推荐厚度。(2)扩散阻挡层可以充分地防止凸焊材料(包括湿层材料)扩散到该层中而不被凸焊材料溶解，从而使凸焊材料进入A1层形成不利的金属间化合物。扩散阻挡材料一般选自Ti、Ni、Cu、Pd、Ti-W等。(3)黏附层黏附层的材料一般为Cr、Ti、Ti-W、V等，与铝层的接触电阻小，与铝层的粘合性好，热膨胀系数接近。3.2.2UBM制备方法UBM制备方法主要有化学镀、蒸发和溅射:(1)化学镀化学镀不需要金属蚀刻设备、掩模制造、真空工艺等，设备成本低，投资小。化学镀常用于制造厚金属膜。A1压痕的表面通常通过镀锌工艺活化，然后进行化学镀。这主要是通过化学镀在A1焊盘上选择性沉积Ni层。(2)蒸发其致密度相对溅射要低些，但设备投入相对低。其原理与溅射基本相同，只是金属膜是用蒸发的方法进行沉积。(3)溅射通过溅射在硅片上逐层沉积金属膜，然后通过金属刻蚀、掩模光刻、涂胶（此部分为凸面）将未图案化的金属膜部分刻蚀去除。完成之后，准备等后处理并留下所需的UBM图形。表3.2常用UBM各层材料成分及推荐厚度（μ/m）序号黏附层焊接层阻挡层1Ti(≥0.10)Au(≥0.10)Ni或Pt或Pd(0.35-0.80)2Au(≥0.10)Au(0.15-0.45)Cu(0.45-1.00)2TiN(≥0.10)Au(0.10)Ni(≥0.30)4Ti(≥0.15)Pd(≥0.10)Ni(0.30-1.00)5Ti(≥0.10)Cu(≥0.10)W(≥1.00)6Ti-W(0.10-0.30)Au(0.10-0.20)Ti-W(0.10-0.30)7Cu(0.10-0.20)3.3下填充技术如今，下填充技术正在从传统的下填充技术工艺扩展到无流动下填充技术、注塑成型下填充技术和晶圆级下填充技术。可靠的倒装芯片封装需要下填充技术，但工艺不兼容是大批量倒装芯片焊接的瓶颈。因此，从某种意义上说，下填充技术材料产生的高CTE也限制了封装可靠性的提高。倒装芯片键合与其他互连技术相比具有许多优点，并且在许多应用中都很有用。无流动下填充技术工艺简化了传统的下填充技术工艺，将助焊剂加入下填充技术，去除毛细流动，并将回流焊和下填充技术硬化结合在一个步骤中。然而，预沉积的下填充技术胶不能包含大量的二氧化硅填料。这是因为填料会影响焊点的可焊性。已经开发了各种方法来提高较低填料材料的抗裂刚度，使用较低Tg和较低模量的较低填料，并在其他工艺路线中加入填料以提高可靠性。实现固体注射成型下填充技术工艺需要仔细选择材料、模型设计和工艺优化。晶圆级下填充技术胶作为封装制造的前端和后端的集合出现，为倒装芯片键合工艺提供低成本且可靠的解决方案。目前，通过新材料开发和各种工艺方法解决了诸如下填充技术沉积、带有下填充技术的晶圆切割、保质期、视觉识别、芯片放置和带有下填充技术的焊料渗透等材料和工艺问题。新开发的填充纳米二氧化硅的非流体下填充技术物显示出巨大的潜力。注射成型下填充技术是下填充技术和二次成型的组合，特别适用于提高下填充技术毛细作用和生产效率的倒装芯片焊接工艺。3.3.1常规下填充凸块嵌件倒装焊后，通常在嵌件下方进行填充，但填充物与嵌件表面直接接触，嵌件下方的间隙较小，增加了对填充物的要求。倒装芯片焊接后的下填充技术可以显着降低凸块上的热应力和机械应力，与未填充相比，可靠性提高了一个数量级。表3.3芯片下填充材料性能要求性能指标(参数在25C下测出)粘度n/(kPa.s)<20固体颗粒100%玻璃转化温度Tg/C>125CTEa/℃.<40X10-6断裂强度σ/MPa>1.3弹性模量E/GPa>6~8填料粒度D/μm<15固化温度Ts/C<150离子质量分数(C1~)/(%)<20X10-6填料质量分数/(%)<70贮存周期(-40°C下)>6个月放射性a粒子/[个/(h.cm")]<0.0005介电常数εr<4电阻率ρ/Ω·cm>1.0X1042耐蚀性可抗加工溶剂腐蚀大片下流动性12.7mmX12.7mm芯片，<1min低吸湿性低酯性可靠性改进10~100倍热/湿可靠性>>2000h下填充技术材料和助焊剂之间的不相容性会导致封装界面出现问题并降低可靠性。同时，在烘箱中固化下填充技术胶通常需要很长时间，并且需要额外的制造周期。由于空隙减少，清洁助焊剂可能很困难。最初，下填充技术技术的发展推动了下填充技术技术和下填充技术材料的发展，将芯片倒装芯片焊接到基板上后，下填充技术材料滴落，毛细作用力推动芯片和基板之间的下填充技术材料吸进了缝隙。毛细流动通常很慢并且可能不完整。这会在封装中产生空隙并导致树脂/填料系统不均匀。所以，现在已经采用各种工艺改进方法来解决这些工艺问题。(1)真空辅助式下填充真空辅助下填充技术技术可用于处理高度可靠的无空隙下填充技术层。操作是定义一个带盖的真空室，然后将滴针放置在尖端和基板之间的间隙附近并抽空以帮助填充物的流动。如图3.12所示。图3.12真空辅助式下填充示意图(2)加压式下填充与传统的滴灌式下填相比，加压下填减少了2-3个数量级的填充时间。采用专用模具封装倒装芯片组件，通过模具入口或板上的孔将下层填料在高温和高温下注入模腔。如图3.13所示。图3.13加压式下填充示意图（3）基板上开小洞填充在基板的中心打一个小孔，从半导体芯片周围滴下填充材料，并流向芯片的中心，将可能通过板小孔堵塞的空气排出。填充板子上的小孔通常是在芯片一侧呈直线状或在芯片两侧呈L形滴水，以防止空气被阻塞。这种设计不仅减少了下填充技术时间，还有助于避免空隙并产生均匀的填充。如图3.14所示。图3.14基板上开小孔的下填充示意图(4)抬高式下填充抬起基板的一侧，使倒装芯片组件位于斜坡上。除了压力和真空，下填充技术胶本身的重力也可以用来加速下填充技术胶的流动。底部填料落到底板的凸起端上，可以在底板的另一端使用塞子，以防止底部填料溢出和溢出。如图3.15所示。图3.15抬高式下填充示意图上述方法对传统的下填充技术工艺进行了改进，解决了部分工艺问题，但由于存在固有的较大缺陷，晶圆级下填充技术，注塑成型下填充技术以及非流动下填充技术等倒装芯片焊接填充技术逐渐出现。3.3.2晶圆级下填充晶圆级下填充是作为无流动下填充技术的改进概念提出的，并且需要另一个下填充滴落步骤。适用于凸块或未焊接的晶圆。对于无凸块晶圆，凸块在切割之前产生，下填充物可用作凸块模板。在下填充物半固化后，晶圆被切割成单独的芯片，流程步骤如图3.16所示。图3.16晶圆级下填充工艺示意图与液体下填充剂冷藏存储不同，晶圆级下填充剂需要较长的保质期，用于包装、运输和存储芯片。目前，正在开发各种沉积工艺，包括真空层压、旋涂、模板印刷和丝网印刷。对于最初的液体，下填充物需要半固化以适应后续加工，例如切割和储存。晶圆级下填充物具有明确的材料和工艺要求。首先，需要固体下填充沉积（滴注）工艺。得到的下填充层必须具有高良率、良好的焊点形状以及足够的密度和均匀性，以实现相对一致的组装工艺。一种方法是在沉积过程中使用溶剂，然后去除溶剂以半固化下填充胶。晶圆切割对下填充提出了另一个挑战，因为未固化的材料暴露在用于冷却的水中。当用水潦草填充填料时，材料还必须具有优良的机械性能以避免开裂。3.3.3注模下填充注射下填充物用于倒装芯片键合，采用转模工艺，其中注射成型的化合物不仅填充芯片和基板之间的间隙，还封装整个芯片。环氧树脂模塑料(EMC)现在长期用于组件封装。其原理主要是封装模具与下填充材料相结合的新思路，为注塑模具创造下填充。它利用了EMC，长期以来，EMC已被证明可提供出色的封装可靠性。与使用约50%（重量）二氧化硅的传统下填充胶相比，注塑成型的下填充胶可承受高达80%（重量）的二氧化硅。由于填料含量高得多，CTE也同样低。焊接接头和电路板。一步结合下填充和模具旋转具有减少加工时间和提高机械稳定性的优点。与使用传统下填充剂相比，使用注塑成型下填充剂有望将生产效率提高约四倍。注塑填充特别适用于需要提高生产效率的倒装芯片封装。与传统的注塑成型组合物相比，注塑成型还需要尺寸更小的填料，这也有助于降低材料的CTE。注塑成型在模型设计和注塑成型工艺方面与压力下填充封装非常相似，但使用的材料不是液体封装，仅填充芯片和基板之间的间隙。不同之处在于整个组件是包覆成型的模压复合材料。图3.17显示了下填充模压封装倒装芯片球阵列(FCBGA)的设计。图3.17注模下填充示意图注塑温度的上限是焊料的熔点，同时受合模力和注塑压力的影响。如果注塑成型温度再高又高，可能会损坏低Tg基板。因此，注射成型中填充工艺的重要工艺参数包括注射压力、合模力和注射温度。高温注塑有助于降低注塑组合物的粘度，其具有良好的流动特性并减少焊点上的应力。接近熔化温度(Tm)的温度加上高注射压力会熔化焊料或擦掉芯片。高注射压力会导致凸块裂纹和模具裂纹。注塑化合物的溢出会污染板上的其他焊盘或测试点。3.3.4非流动下填充无流动下填充工艺的主要特点是助焊剂和下填充的一体化。在无流动下填充工艺中，传统工艺的针尖组装后不滴落下填充胶，而是将下填充胶置于针尖前方，将料滴应用到板上。流程步骤如图3.18所示。图3.18非流动下填充工艺示意图使这种新工艺成功的无流动下填充胶的两个关键特性是其潜在的固化能力和助焊剂含量能力。然后将芯片对齐并放置在板上，然后在焊料熔化时由焊球焊接的焊料回流完成整个组装。无流动下填充工艺的特性要求下填充材料具有足够的反应潜伏期以保持低粘度，直到形成焊点为止。这种新的无流动工艺提高了下填充工艺的生产率，主要是因为该工艺流程消除了单独的助焊剂滴落和助焊剂清洗，避免了下填充毛细流动并最终去除了焊料凸点。流动和下填充固化的组合是单一的。因此，成功无流动下填充工艺的关键是下填充材料。否则，凝胶状的下填充剂会阻止熔融焊料塌陷到接触区域，从而降低焊点的良率。非流动填充的另一个重要特性是通量容量。传统的倒装芯片焊接工艺使用助焊剂来减少和去除焊料中的金属氧化物，防止在高温下再次氧化。与助焊剂的情况不同，在放置尖端之前会滴下无流动的下填充剂。因此，下层填料必须具有自焊能力，以促进焊锡润湿。为此目的开发了一种可回流固化的聚合物助焊剂。去除后固化是因为它消耗额外的离线工艺时间并增加工艺成本。许多用于环氧树脂的潜在催化剂已被开发用于无流动下填充剂，例如CobaltI|(CoII)和戊烷作为潜在催化剂，为不流动的下填充剂提供足够的潜在固化能力。去做。金属螯合物的优势不仅在于它们潜在的催化性能，还在于它们提供广泛固化的能力。通过开发不同的金属离子和螯合物，可以调整不同环氧树脂的固化特性，以匹配无铅焊料凸点倒装芯片的无流动下填充。无铅焊料的熔点通常高于共晶锡铅焊料，因此无铅凸块倒装芯片的无流动下填充需要更高的固化潜力，以确保接触区域中无铅焊料的润湿。非流动填充也有一些固有的缺点，例如无法获得具有高填料含量的材料。然而，无流动下填充方法消除了毛细现象，将助焊剂、回流焊和下填充硬化集成为一个步骤，大大简化了下填充工艺。3.4倒装技术倒装芯片技术主要包括热压键合、熔焊、粘合剂键合和热超声键合。为了满足倒装芯片的可靠性需求，必须针对不同的凸块材料选择不同的倒装芯片组装技术。3.4.1热压焊接在这个过程中，芯片或基板上的凸块是金凸块（通过电镀、溅射、气相沉积或螺柱凸块制备）和一个表面（如电镀）或一层可以连接的溅射/气相沉积金到颠簸。这种方法的缺点是只适用于热压压力高的刚性基板（氧化铝、硅等），热压头必须有很高的平行对准精度，基板的平整度也必须保证。优点是工艺温度低，无需助焊剂，工艺简单，连接间距小。与熔焊工艺不同，热压焊接工艺不仅加热芯片凸块，而且施加恒定压力。热压焊的温度一般在300℃左右，可以使材料完全软化，在连接过程中促进扩散，保证连接。为避免对半导体造成不必要的损坏，材料、设备所施加的压力必须具有精确的梯度控制能力。3.4.2熔焊焊料可用于电路板焊盘、芯片凸块边缘或用作焊球。基板上的焊锡可以通过刷焊膏再回流形成或者，它可以通过电镀、溅射和蒸发获得。铜凸点和热焊料凸点上的焊料通常是电镀的。高密度倒装凸块主要采用电镀、溅射、气相沉积等方法制造，而密度低（如间距≥0.4mm）和少量凸块则采用焊膏印刷后回流。将被或将被直接使用。焊盘浸泡在助焊剂中并通过回流焊制备。这是最具成本效益的制造方法，并且必须根据需要清洁残余助焊剂，以确保下填充技术的质量。3.4.3胶粘连接导电胶连接是替代铅锡焊接连接的可行方法。导电胶连接保持封装结构轻薄，不会显着增加成本，工艺简单，固化温度低，可以在连接后进行清洗。有两种类型的导电粘合剂，各向同性和各向异性。各向异性导电胶是一种糊状或薄膜状的热塑性环氧树脂，含有一定量的金属颗粒或金属包覆的聚合物颗粒。在连接之前，导电粒子在各个方向上都是绝缘的，但在夹层连接处变成导电的。各向同性导电胶是一种膏状聚合物树脂，添加了特定的导电颗粒，可以全方位导电。适用于使用要求不高时更换焊锡。最好的材料时黄金，与铅锡焊料相比，导电胶的导热率较低，比铅锡焊料差。3.4.4超声热压焊热超声倒装芯片连接的可靠性受到基板和芯片之间的热膨胀系数(TEC)不匹配的影响。同时，焊点的高度和最大焊点距离也会影响可靠性。热超声键合是将超声波应用于热压键合以加快焊接过程。超声波的引入使连接材料迅速软化，促进塑性变形。缺点是过度的超声波振动会在硅片上形成小坑。优点是可以降低连接温度，缩短加工时间。这种方法主要适用于金凸点和镀金焊盘的组合。连接中的大部分裂纹发生在焊接连接过程中从高温冷却的过程中。如果热循环期间的应力不超过凸块焊盘连接的强度，则可靠性问题不大。由于金的熔化温度高，它对疲劳损伤的敏感性远低于普通焊料凸点。4总结及展望4.1总结随着集成电路（IC）制造的快速发展以及更快、更轻、