Flip Chip技術在集成電路封裝中的應用

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主要有三種：引線鍵合技術（Wire Bond）、載帶自動鍵合技術(Tape Automated Bonding)、倒裝芯片技術（Flip Chip）。WB與TAB的芯片焊盤限制在芯片四周，因此I/O數比較低，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[1]。FC封裝技術產品核心技術密間距凸點倒裝、環氧樹脂底部一次性填充封裝技術。其特點包括：取代涂布底填、無需再布線技術、低凸點倒裝焊接技術、窄節距凸點焊接技術、高密度凸點的倒裝貼裝技術及高可靠性等。具備以下優點：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的I/O數量；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追求更高密度、更小尺寸、更快處理速度、更高可靠性和更經濟的發展趨勢。[2]FC是用于智能手機和平板電腦的應用處理器與基頻處理器的封裝。隨著LTE網絡的成熟普及，今后對高性能智能手機和平板電腦的要求將會越來越高，預計，FC封裝技術產品的需求量每年將增加30%以上，有著廣闊的市場空間。

2 技術內容

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

①技術路線

②開發的主要技術及工藝流程

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 技術方案

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

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

4 產品競爭優勢

FC封裝技術產品是在基板上采用倒裝焊接后，通過回流固定產品的集成電路封裝技術。與傳統封裝產品相比，FCCSP封裝產品更小、更輕、更薄，封裝產品具有：

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

②更高的密度，更多的I/O輸出端：同類產品FCCSP芯片凸點數普遍在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工藝使得基板內布線的層數變少，從而使得封裝產品的外形更薄、更輕，成本更低。

5 市場展望

當前的C4技術廣泛用于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定、bump浸潤不良和bump短路失效等問題出現。該項目FCCSP工藝的bump pitch 可＜120um。而且一個關鍵優點是無需在芯片上做再布線層。

該FCCSP封裝技術需首先在芯片Pad上制造bump，然后采用倒裝貼裝和MUF的Flip Chip 工藝。該技術可以采用不同的bump技術，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品，產業化市場前景一片光明。

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

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