倒装芯片技术-PPT.ppt

倒装芯片(FlipChip)技术第一部分倒装芯片示意图什么是倒装芯片？三种晶片级互连方法倒装芯片历史为什么使用倒装芯片?优点－01大家有疑问的，可以询问和交流优点－02I/O数比较信号效果比较缺点－01缺点－02倒装芯片工艺概述第一步：凸点下金属化（UBM，underbumpmetallization）第二步:回流形成凸点第三步：倒装芯片组装第四步：底部填充与固化不同的倒装芯片焊点底部填充与否不同的倒装芯片连接方法Coffin-Manson低周疲劳模型由此模型可知：倒装芯片工艺：通过焊料焊接－01步骤示意图底部填充示意图倒装芯片工艺－通过热压焊接热压和热声倒装芯片连接原理示意图
基板金属化凸点钉头金凸点SBB（StudBondBump）钉头金凸点制作Coining(level)若干问题若干问题 与一般的焊点连接一样，热压倒装芯片连接的可靠性也要受到基板与芯片的热膨胀系数(CTE)失配的影响，此外焊点的高度、焊点之间的最大间距亦会对可靠性造成影响。连接区的裂纹多是在从连接温度冷却下来的过程中产生的。 由于金的熔点温度高，因此它对疲劳损伤的敏感程度远小于焊料。因此，如果在热循环中应力没有超过凸点与焊盘之间的连接强度，那么可靠性不会存在太大问题。
芯片与基底之间的底部填充材料使连接抵抗热疲劳的性能显著提高，如果没有底部填充，则热疲劳将是倒装芯片主要的可靠性问题。 倒装芯片的连接头应该能够产生300°C的连接温度，要有较高的平行对准精度，为了防止半导体材料发生损伤，施加压力时应该保持一定的梯度。在热压倒装芯片连接中，凸点发生变形是不可避免的，这也是形成良好连接所必需的。另外，连接压力和温度应该尽可能低，以免芯片和基板损坏。GaAs器件的热压倒装芯片连接工艺参数曲线倒装芯片工艺—通过热声焊接可靠性生产问题热声倒装芯片连接的优点倒装芯片工艺—通过粘胶连接 各向异性导电胶是膏状或者薄膜状的热塑性环氧树脂，加入了一定含量的金属颗粒或金属涂覆的高分子颗粒。在连接前，导电胶在各个方向上都是绝缘的，但是在连接后它在垂直方向上导电。金属颗粒或高分子颗粒外的金属涂层一般为金或者镍。
各向同性导电胶是一种膏状的高分子树脂，加入了一定含量的导电颗粒，因此在各个方向上都可以导电。通常高分子树脂为环氧树脂，导电颗粒为银。倒装芯片导电胶连接示意图倒装芯片的非导电胶粘接也是可行的，但是到目前为止，这种胶水中的颗粒种类非常有限。从理论上说，非导电胶粘接的可靠性非常高，因为它使连接表面积减小到最低限度，但实际上它的可靠性并不高，而且对某些工艺条件的要求比导电胶连接更加苛刻。 采用导电胶连接的倒装技术要求在焊盘上形成导电凸点，最适宜的凸点材料为金。各向同性导电胶本身也可以作为凸点材料，此时应避免使铝表面的金属化层接触到粘性凸点，因为铝很容易氧化，最终将形成不导电的连接。各向同性导电胶形成的凸点的SEM照片与铅锡焊料相比，导电胶(无论是各向同性还是各向异性)都是热的不良导体，但是采用导电胶并不会使元件的热阻增加多少，因为元件内产生的热量仅有少量通过倒装芯片的连接接点传递，主要是受芯片尺寸和基板材料的影响。总体上说，导电胶的导电性能也比铅锡焊料差，各向同性导电胶倒装芯片连接点的电阻为几毫欧，而电感、电容的数值则没有文献报道过。钉头凸点导电胶连接技术倒装芯片失效原因——鱼骨图第二部分凸点的制作对UBM的要求－01对UBM的要求－02氧化阻挡层：为保证很好的可焊性，要防止UBM在凸点的形成过程中氧化。
对硅片产生较小的应力：UBM结构不能在底部与硅片产生很大的应力，否则会导致底部的开裂以及.硅片的凹陷等可靠性失效。UBM结构示意图UBM结构－01UBM结构——02UBM的层次组合－01UBM的层次组合——02层次组合特点UBM的沉积方法常见的UBM方法化学镀镍化学镀镍特点——01化学镀镍特点——02铝焊盘上化学镀镍前处理锌酸盐处理(Zincation)锌酸盐处理步骤为了使随后的镀镍层光洁而均匀，锌层应该薄而均匀。
第一轮镀锡往往形成一层粗糙的锌层，其颗粒尺寸从3-4mm到小于1mm不等，这样的表面使随后的镀镍层也非常粗糙。第一轮粗糙的表面导致不均匀、粗糙的镀镍结果第二轮镀锌镀锌工艺的一个缺点就是铝也会被镀液腐蚀掉，二次镀锌工艺中尤其严重，0.3-0.4mm厚的铝将被腐蚀掉。因此，在该工艺中，铝的厚度至少应该大于1mm。
在镀锌过程中，锌沉积在铝表面，而同时铝及氧化铝层则被腐蚀掉。锌保护铝不再发生氧化，锌层的厚度很薄，而且取决于镀液的成份、浴槽的状况、温度、时间、铝的合金状态等因素。镀镍：镀锌之后，铝被浸入镀液中进行化学镀镍，这种镀液为硫酸镍的酸性溶液，成份还包括次磷酸钠或者氢化硼作为还原剂，反应原理见下式：
其它铝焊盘处理技术－01其它铝焊盘处理技术－02其它铝焊盘处理技术