Flip Chip技術(shù)的定義

Flip Chip（倒裝芯片）技術(shù)是半導(dǎo)體行業(yè)中一種重要的封裝方法。它與傳統(tǒng)的封裝技術(shù)有所不同，在這種技術(shù)中，芯片的結(jié)構(gòu)和I/O端（輸入/輸出端）方向朝下，芯片通過(guò)在I/O pad（焊盤(pán)）上沉積錫鉛球等方式形成凸塊（bump），然后將裸芯片翻轉(zhuǎn)過(guò)來(lái)使凸塊與基板直接連接，從而實(shí)現(xiàn)芯片與外部電路的連接。這種連接方式區(qū)別于wire bonding（引線(xiàn)鍵合）等傳統(tǒng)的互連方式，由于I/O引出端分布于整個(gè)芯片表面，所以在封裝密度和處理速度上能得到很大程度的提升，可達(dá)到3000個(gè)/cm2，是目前高密度集成封裝的主要形式之一，主要應(yīng)用于高性能的CPU、GPU、FPGA、DSP等器件中 。

Flip Chip技術(shù)的原理

倒裝芯片封裝技術(shù)一般是采用平面工藝在集成電路芯片的I/O端制作無(wú)鉛焊點(diǎn)，將芯片上的焊點(diǎn)與基板上的焊盤(pán)進(jìn)行對(duì)位、貼裝，然后使用焊料回流工藝在芯片和基板焊盤(pán)間形成焊球，再在芯片與基板間的空隙中填充底部填充膠，最終實(shí)現(xiàn)芯片與基板間的電、熱和機(jī)械連接。倒裝芯片連接有三種主要類(lèi)型：C4（Controlled Collapse Chip Connection）、DCA（Direct chip attach）和FCAA（Flip chip Adhesive Attachment）。其中C4是類(lèi)似超細(xì)間距BGA（Ball Grid Array，球柵陣列）的一種形式，與硅片連接的焊球陣列一般的間距為0.23mm、0.254mm等。以C4技術(shù)為例，它是通過(guò)高Pb含量的焊料凸點(diǎn)將芯片上的可潤(rùn)濕金屬焊盤(pán)與基板上的焊盤(pán)相連，C4焊球可以滿(mǎn)足具有更細(xì)密焊盤(pán)的芯片的倒裝焊要求。并且隨著技術(shù)發(fā)展，芯片凸點(diǎn)發(fā)展為焊料凸點(diǎn)、金屬柱狀凸點(diǎn)以及柔性聚合物凸點(diǎn)等多種形式，鍵合方法包含回流焊和熱壓鍵合等 。

Flip Chip技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域

Flip Chip技術(shù)在眾多領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。在電子計(jì)算機(jī)領(lǐng)域，高性能的CPU、GPU等采用Flip Chip技術(shù)，能夠提高芯片的運(yùn)算速度和處理能力。例如在一些高端服務(wù)器的處理器中，F(xiàn)lip Chip技術(shù)有助于提升數(shù)據(jù)處理的效率，滿(mǎn)足大規(guī)模數(shù)據(jù)運(yùn)算的需求。在通信領(lǐng)域，像FPGA（現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列）等芯片使用Flip Chip技術(shù)，可以提高信號(hào)處理速度和通信設(shè)備的整體性能，保障通信的穩(wěn)定性和高效性。在消費(fèi)電子方面，如智能手機(jī)、平板電腦等設(shè)備中的一些關(guān)鍵芯片也開(kāi)始應(yīng)用Flip Chip技術(shù)，有助于實(shí)現(xiàn)設(shè)備的小型化、高性能化，提升用戶(hù)體驗(yàn)。此外，在汽車(chē)電子領(lǐng)域，隨著汽車(chē)智能化程度的不斷提高，F(xiàn)lip Chip技術(shù)也被應(yīng)用于汽車(chē)的控制系統(tǒng)、娛樂(lè)系統(tǒng)等芯片封裝中，以滿(mǎn)足汽車(chē)在復(fù)雜環(huán)境下的可靠性和高性能要求。在工業(yè)控制領(lǐng)域，DSP（數(shù)字信號(hào)處理器）等芯片采用Flip Chip技術(shù)，有助于提高工業(yè)自動(dòng)化設(shè)備的控制精度和響應(yīng)速度等 。

Flip Chip技術(shù)的發(fā)展歷程

Flip Chip技術(shù)起源于1960年代，是由IBM開(kāi)發(fā)的技術(shù)。IBM最早在大型主機(jī)上研發(fā)出倒裝焊技術(shù)，最早的應(yīng)用是在陶瓷基板上的固態(tài)邏輯電路，IBM生產(chǎn)的第一代FC芯片為具有三個(gè)端口的晶體管產(chǎn)品。由于倒裝焊比其它球柵陣列封裝（BGA）技術(shù)在與基板或襯底的互連形式要方便得多，隨著電子器件體積的不斷減小以及I/O密度的不斷增加，1970年，IBM公司將FC技術(shù)發(fā)展為應(yīng)用在集成電路（Integrated Circuits，IC）中的可控塌陷芯片連接技術(shù)（Controlled - collapse Chip Connection），即C4技術(shù)。隨著時(shí)間的推移，F(xiàn)C技術(shù)不斷發(fā)展，芯片凸點(diǎn)發(fā)展為焊料凸點(diǎn)、金屬柱狀凸點(diǎn)以及柔性聚合物凸點(diǎn)等多種形式，鍵合方法包含回流焊和熱壓鍵合等。目前倒裝焊技術(shù)已經(jīng)被普遍應(yīng)用在處理器封裝，成為當(dāng)前的主流封裝技術(shù)。并且借助市場(chǎng)對(duì)該技術(shù)的推動(dòng)，封裝廠(chǎng)一般提供8寸/12寸的晶圓探針測(cè)試、凸點(diǎn)生長(zhǎng)、組裝以及最終測(cè)試的完整服務(wù)。從全球范圍來(lái)看，隨著倒裝技術(shù)的成熟應(yīng)用，目前全世界的倒裝芯片消耗量超過(guò)年60萬(wàn)片，且以約50%的速度增長(zhǎng)，3%的晶圓封裝用于倒裝芯片凸點(diǎn)技術(shù)，幾年后可望超過(guò)20% 。

Flip Chip技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)

·         高封裝密度：Flip Chip技術(shù)的I/O引出端分布于整個(gè)芯片表面，相比傳統(tǒng)封裝技術(shù)，其封裝密度可大幅提高，能夠在更小的空間內(nèi)集成更多的功能，這對(duì)于現(xiàn)代電子產(chǎn)品不斷追求小型化和多功能化的趨勢(shì)非常重要。例如在智能手機(jī)這種對(duì)空間要求極為苛刻的設(shè)備中，F(xiàn)lip Chip技術(shù)可以讓更多的芯片功能集成在有限的空間內(nèi)，有助于實(shí)現(xiàn)手機(jī)的輕薄化設(shè)計(jì) 。

·         良好的電氣性能：芯片倒裝焊減少了傳統(tǒng)引線(xiàn)的寄生電容，有利于提高頻率、改善熱特性。較低的寄生電容可以減少信號(hào)傳輸延遲，提高信號(hào)傳輸?shù)乃俣群蜏?zhǔn)確性，這在高速數(shù)字電路和高頻通信電路中尤為關(guān)鍵。同時(shí)，較好的熱特性有助于芯片在高負(fù)荷工作狀態(tài)下的散熱，提高芯片的穩(wěn)定性和可靠性 。

·         封裝與晶片尺寸相當(dāng)：這種技術(shù)能夠使封裝尺寸接近芯片本身的尺寸，減少了封裝所占用的額外空間，進(jìn)一步滿(mǎn)足了小型化的需求，并且在一定程度上降低了成本，因?yàn)闇p少了不必要的封裝材料和空間占用 。

·         成本低且便攜：Flip Chip技術(shù)在大規(guī)模生產(chǎn)時(shí)，由于其結(jié)構(gòu)和工藝的特點(diǎn)，可以降低生產(chǎn)成本。同時(shí)，其封裝后的芯片具有較好的便攜性，適合應(yīng)用于各種便攜式電子設(shè)備中，如筆記本電腦、平板電腦等 。

缺點(diǎn)

·         芯片裸露問(wèn)題：采用Flip Chip技術(shù)的芯片相對(duì)裸露，缺乏足夠的物理保護(hù)，在一些惡劣的使用環(huán)境或者受到外力沖擊時(shí)，芯片容易受到損壞，這就對(duì)使用環(huán)境和設(shè)備的物理防護(hù)提出了更高的要求 。

·         二次封裝需求：通常還需要進(jìn)行二次封裝，這增加了封裝的復(fù)雜性和成本。二次封裝的設(shè)計(jì)和工藝需要額外的考慮和投入，包括對(duì)封裝材料、工藝參數(shù)等的選擇和優(yōu)化，以確保芯片在二次封裝后能夠滿(mǎn)足各種性能和可靠性要求 。

·         二次布線(xiàn)設(shè)計(jì)復(fù)雜：在Flip Chip技術(shù)中，二次布線(xiàn)的設(shè)計(jì)較為復(fù)雜。需要精確規(guī)劃芯片與基板之間的電路連接，考慮信號(hào)傳輸?shù)耐暾浴㈦姶偶嫒菪缘榷喾矫嬉蛩兀@對(duì)設(shè)計(jì)人員的技術(shù)水平和設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)要求較高，并且設(shè)計(jì)過(guò)程中可能會(huì)遇到信號(hào)干擾、布線(xiàn)空間不足等問(wèn)題，需要花費(fèi)更多的時(shí)間和精力來(lái)解決 。

   Flip Chip先進(jìn)芯片封裝清洗介紹

·         ·         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(mǎn)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(lèi)。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(shù)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(shù)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(lái)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(shù)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(kāi)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(mǎn)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(chǎng)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。