倒装芯片技术课件
倒装芯片(FC,Flip-Chip)装配技术
摘要：倒装芯片在产品成本，性能及满足高密度封装等方面体现出优势，它的应用也渐渐成为主流。
由于倒装芯片的尺寸小，要保证高精度高产量高重复性，这给我们传统的设备及工艺带来了挑战。
器件的小型化高密度封装形式越来越多，如多模块封装（MCM ）、系统封装（SiP ）、倒装芯片（FC ，Flip-Chip ）等应用得越来越多。
这些技术的出现更加模糊了一级封装与二级装配之间的界线。
毋庸置疑，随着小型化高密度封装的出现，对高速与高精度装配的要求变得更加关键，相关的组装设备和工艺也更具先进性与高灵活性。
由于倒装芯片比BGA 或CSP 具有更小的外形尺寸、更小的球径和球间距、它对植球工艺、基板技术、材料的兼容性、制造工艺，以及检查设备和方法提出了前所未有的挑战。
倒装芯片的发展历史倒装芯片的定义什么器件被称为倒装芯片？一般来说，这类器件具备以下特点：1. 基材是硅；2. 电气面及焊凸在器件下表面；3. 球间距一般为4-14mil 、球径为2.5-8mil 、外形尺寸为1 -27mm ；4. 组装在基板上后需要做底部填充。
其实，倒装芯片之所以被称为“倒装”，是相对于传统的金属线键合连接方式（Wire Bonding）与植球后的工艺而言的。
传统的通过金属线键合与基板连接的芯片电气面朝上（图1），而倒装芯片的电气面朝下（图2），相当于将前者翻转过来，故称其为“倒装芯片”。
在圆片（Wafer）上芯片植完球后（图3），需要将其翻转，送入贴片机，便于贴装，也由于这一翻转过程，而被称为“倒装芯片”。
图1图2图3倒装芯片的历史及其应用倒装芯片在1964年开始出现，1969年由IBM发明了倒装芯片的C4工艺（Controlled Collap se Chip Connection，可控坍塌芯片联接）。
过去只是比较少量的特殊应用，近几年倒装芯片已经成为高性能封装的互连方法，它的应用得到比较广泛快速的发展。
目前倒装芯片主要应用在Wi- Fi、SiP、M CM、图像传感器、微处理器、硬盘驱动器、医用传感器，以及RFID等方面（图5）。
led倒装芯片封装技术
led倒装芯片封装技术英文回答：## Flip Chip LED Packaging Technology.Flip chip LED packaging technology is a method of mounting LED chips on a printed circuit board (PCB) with the active side of the chip facing down. This technology offers several advantages over traditional surface mount technology (SMT), including:Reduced package height: Flip chip LEDs are much thinner than SMT LEDs, allowing for the creation of thinner and more compact lighting fixtures.Improved thermal performance: The direct thermal contact between the LED chip and the PCB dissipates heat more efficiently, resulting in longer LED life and improved performance.Higher power density: Flip chip LEDs can be packed more densely than SMT LEDs, enabling the creation of high-power lighting fixtures with a smaller footprint.Lower cost: Flip chip LEDs are less expensive to manufacture than SMT LEDs, making them a more cost-effective option for large-scale lighting applications.Flip chip LED packaging technology is typically used in applications where high power density and thermal performance are critical, such as automotive lighting, street lighting, and commercial lighting.### Flip Chip LED Packaging Process.The flip chip LED packaging process involves the following steps:1. Die preparation: The LED chip is prepared by thinning the substrate and applying a solder mask to the active surface.2. Solder ball attachment: Solder balls are attached to the bottom surface of the LED chip using a solder paste.3. Chip placement: The LED chip is placed on the PCB with the solder balls facing down.4. Reflow soldering: The PCB is heated to melt the solder balls and form a permanent connection between the LED chip and the PCB.5. Encapsulation: The LED chip is encapsulated with a protective epoxy to protect it from the environment.### Advantages of Flip Chip LED Packaging Technology.The advantages of flip chip LED packaging technology include:Reduced package height: Flip chip LEDs are muchthinner than SMT LEDs, allowing for the creation of thinner and more compact lighting fixtures.Improved thermal performance: The direct thermal contact between the LED chip and the PCB dissipates heat more efficiently, resulting in longer LED life and improved performance.Higher power density: Flip chip LEDs can be packedmore densely than SMT LEDs, enabling the creation of high-power lighting fixtures with a smaller footprint.Lower cost: Flip chip LEDs are less expensive to manufacture than SMT LEDs, making them a more cost-effective option for large-scale lighting applications.### Disadvantages of Flip Chip LED Packaging Technology.The disadvantages of flip chip LED packaging technology include:Higher assembly cost: The flip chip LED packaging process is more complex than the SMT process, resulting in higher assembly costs.Limited design flexibility: The rigid nature of the flip chip LED package limits design flexibility, making it difficult to create custom lighting fixtures.Reliability concerns: The flip chip LED package is more susceptible to mechanical stress than the SMT package, raising reliability concerns for applications where vibration or shock is a factor.### Conclusion.Flip chip LED packaging technology offers several advantages over traditional SMT, including reduced package height, improved thermal performance, higher power density, and lower cost. However, this technology also has some disadvantages, including higher assembly cost, limited design flexibility, and reliability concerns. Overall, flip chip LED packaging technology is a valuable option for applications where high power density and thermal performance are critical.中文回答：## 倒装芯片LED封装技术。
倒装芯片键合技术
倒装芯片键合技术
嘿，朋友们！今天咱来聊聊这个倒装芯片键合技术呀！这玩意儿可神奇了，就像是给电子世界搭起了一座特别的桥梁。
你想想看，那些小小的芯片，就好像是一个个小精灵，它们有着巨大的能量和潜力。
而倒装芯片键合技术呢，就是让这些小精灵能够稳稳地待在它们该在的地方，发挥出它们的本领。
它就像是一个超级厉害的魔术师，能把芯片和基板紧紧地连在一起，让它们亲密无间地合作。
这可不是随随便便就能做到的呀！这需要非常精细的操作和高超的技艺。
比如说吧，就好像我们盖房子，得把每一块砖都放得稳稳当当的，这样房子才不会摇摇晃晃。
倒装芯片键合技术也是这样，要把芯片准确无误地键合到基板上，稍有偏差都不行呢！这可真是个技术活啊！
而且啊，这个技术还在不断发展和进步呢！就像我们人一样，要不断学习和成长。
它变得越来越厉害，能让我们的电子设备越来越小巧、越来越强大。
你再想想，要是没有这个倒装芯片键合技术，我们的手机能这么智能吗？我们的电脑能这么快速吗？那肯定不行呀！它就像是背后的无名英雄，默默地为我们的科技生活贡献着力量。
你说，这倒装芯片键合技术是不是很了不起？它让那些小小的芯片发挥出了大大的作用，让我们的生活变得更加丰富多彩。
我们真应该好好感谢这个神奇的技术呀！它就像是给我们的科技世界注入了一股强大的动力，推动着我们不断向前。
所以呀，可别小瞧了它哟！这就是倒装芯片键合技术，一个充满魅力和神奇的技术！。
倒装芯片技术
4. Amelco——Au凸点 5. 目前全世界的倒装芯片消耗量超过年60万片，且以约50％的
速度增长，3％的圆片用于倒装芯片凸点。几年后可望超过
20％。
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2019/11/17
Prof. Wu Fengshun, fengshunwu@
华中科技大学材料学院连接与电子封装中心
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底部填充与否
有各种不同的倒装芯片互连工艺，但是其结构基本特点 都是芯片面朝下，而连接则使用金属凸点。而最终差别就是使 用底部填充与否。
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2019/11/17
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Gold wire
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钉头金凸点制作
Gold ball
Ball bonding
Wire breaking
Gold stud bump
Coining (level)
Gold stud
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2019/11/17
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不同的倒装芯片连接方法
1. 焊料焊接 2. 热压焊接 3. 热声焊接 4. 粘胶连接
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Coffin-Manson 低周疲劳模型
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优点－01
小尺寸: 小的IC引脚图形 (只有扁平封装的5％）减小了高 度和重量。 功能增强: 使用倒装芯片能增加I/O 的数量。I/O 不像导线 键合中出于四周而收到数量的限制。面阵列使得在更小的空 间里进行更多信号、功率以及电源等地互连。一般的倒装芯 片焊盘可达400个。
倒装cob封装工艺
倒装cob封装工艺
倒装COB封装工艺是一种先进的集成电路封装技术，COB是
Chip on Board的缩写，意为芯片直接封装在基板上。
倒装COB封
装工艺相比传统封装技术具有一些优势。
首先，倒装COB封装工艺可以有效减小封装尺寸，提高集成度。
由于芯片直接封装在基板上，不需要额外的封装材料和封装空间，
因此可以实现更小型化的封装，适用于轻薄化、小型化的电子产品
设计。
其次，倒装COB封装工艺可以提高散热性能。
由于芯片直接与
基板接触，热量可以更快更有效地传导到基板上，利于散热，有利
于提高芯片的工作稳定性和可靠性。
此外，倒装COB封装工艺可以降低封装成本。
相比传统封装技术，倒装COB封装省去了一些封装材料和工序，可以降低生产成本，提高生产效率。
然而，倒装COB封装工艺也存在一些挑战和局限性。
例如，对
基板的要求较高，需要优质的基板材料和制造工艺；另外，倒装
COB封装需要特殊的焊接工艺，对生产工艺要求较高。
总的来说，倒装COB封装工艺在一定的应用场景下具有明显的优势，但也需要克服一些技术难题。
随着技术的不断进步和应用需求的不断变化，倒装COB封装工艺有望在未来得到更广泛的应用和发展。
LED倒装制程介绍ppt课件
22
2 倒装焊固晶工艺
共晶焊的影响因素
固晶温度
选择Tg较固晶温度高10℃以上
E.g. Au-Sn(280 ℃ ),塑胶Tg>330 ℃
回流焊最高加热温度315 ℃ -320 ℃
E.g. Ag-Sn/Sn(232 ℃ ),塑胶Tg>290 ℃
回流焊最高加热温度270℃
23
2 倒装焊固晶工艺 共晶焊的影响因素
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加热夹头
2 倒装焊固晶工艺
用吸头从晶圆上拾取晶片并放置在平台上 用加热的夹头从平台上拾取晶片 将晶片放置在预热的焊盘上 焊好的晶片置于在较低的温度下减小偏移
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2 倒装焊固晶工艺
加热夹头可以显著减少孔洞 焊剂共晶在芯片中间有大的孔洞 加热夹头孔洞变得细小均匀
直接共晶 （加热焊盘）
LED倒装芯片与 倒装焊工艺
主讲人：
1
Contents
1
倒装结构LED芯片
2
倒装固晶工艺
3 Au-Sn共晶的制备方法
2
1 倒装结构LED芯片
• 正装/倒装芯片结构对比
器件功率 出光效率 热性能
3
1 倒装结构LED芯片
• 高可靠性 -机械强度
-散热性能
电性连接点 接触，瞬间 大电流冲击 易烧断
`
7
1 倒装结构LED芯片 Thin Film Flip Chip
8
1 倒装结构LED芯片
倒装芯片的制备方法
以蓝宝石基底制 作GaN外延片
ICP蚀刻/ RIE蚀刻
制作 透明导电层
制作 P-N电极
衬底上制备 反射散热层
芯片/衬底的划 片分割
Die bond 倒装焊接
倒装芯片资料
应用领域不断拓展
技术创新驱动发展
• 随着电子产品对高性能、高集成度
• 倒装芯片技术在物联网、人工智能、
• 倒装芯片技术将不断创新，提高性
的要求不断提高，倒装芯片市场需求
大数据等领域具有广泛的应用前景
能，降低成本，推动电子产业发展
持续增长
02
倒装芯片的工艺流程
芯片设计与制程
芯片设计
芯片制程
• 采用EDA工具进行芯片电路设计和布局优化
高频特性
• 降低信号传输损耗，提
优良的热性能
高信号完整性
• 提高通信速率和效率
• 降低热阻，提高散热效
果
• 提高芯片稳定性和寿命
倒装芯片的生产成本分析
成本优势
• 减少芯片和基板间的连接部件，降低生产成本
• 提高生产效率，降低生产成本
投资成本
• 倒装芯片技术对生产设备要求较高，初期投资成本较高
• 技术研发和生产过程中需要投入大量人力和物力
基站设备
• 倒装芯片技术提高基站设备的集成度和性能
• 降低设备成本和体积，提高设备部署效率
传输设备
• 倒装芯片技术提高传输设备的信号传输速率和稳定性
• 降低设备功耗，提高设备寿命
倒装芯片在汽车电子领域的应用
发动机控制单元
传感器系统
• 倒装芯片技术提高发动机控制单元的集成度和性能
• 倒装芯片技术提高传感器系统的灵敏度和稳定性
• 采用光刻、刻蚀等工艺制作芯片电路
• 设计焊盘和连接孔，实现芯片与基板的连接
• 制备氧化铝等绝缘层，保护芯片电路
芯片倒装与焊接技术
芯片倒装
• 将芯片活性面朝下，与基板进行精确对位
倒装芯片
倒装芯片
CHIP
Market
Period III
F L I P
行业情况
●璨圆2013年也积极推广其芯片级封装产 品，同样以flip chip为基础，在制程中省略导线 架与打线等步骤。 ●隆达将其芯片级封装CSP(Chip Scale Package)产品在上游晶粒也采用覆晶技术，也 同样省略导线架，幵简化封装流程。 ●Philips Lumileds推出的CSP产品 LUXEON Q就采用flip chip技术，不需在后段制 程中移除蓝宝石基板。 ●CREE的XQ-E LED产品也同样采CSP技 术，将芯片面积大幅缩小，其微型化设计可以 提升光调色品质与光学控制，扩大照明应用范 围。 综合各企业产品，共同的特点是采用倒装芯 片，使体积更小，光学、热学性能更好，同时 因省略了导线架与打线的步骤，使其后道工序 更加便捷。
部分企业的芯片级封装产品： ●晶电的芯片级封装产品称为ELC(Embedded LED Chip)，制程中完成芯片生产后，仅 需要涂布荧光粉与采用封装胶，省略导线架与打线的步骤，可以直接贴片(SMT)使用，ELC 产品在没有导线架的情况下，发光角度较大，未来可能省略二次光学透镜的使用。 ●台积固态照明则的芯片级封装产品名为PoD(Phosphor on die)，直接将flip chip(覆晶)芯 片打在散热基板上，省略导线架与打线等步骤，同样主打小体积，拥有更高的光通量和更大 的发光角度，幵且可以更容易混色与调控色温特性，适用于非指向性光源应用。
随着上游芯片产能不断扩产，封装行业已经步入微利时代，许多企 业为了抢夺客户大打价格牌，激烈的价格竞争和无序的业内生态链促使行 业开始需求新的封装工艺。而具有提升发光效率以及提高散热能力等优势 的倒装LED芯片技术的革新与应用正是当今封装企业专注研发的重点。
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3. Fairchield——Al凸点
4. Amelco——Au凸点
5. 目前全世界的倒装芯片消耗量超过年60万片，且以约50％的
速度增长，3％的圆片用于倒装芯片凸点。几年后可望超过
20％。
7 2019/9/15
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2 2019/9/15
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第一部分
倒装芯片简介
3 2019/9/15
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华中科技大学材料学院连接与电子封装中心
华中科技大学材料学院连接与电子封装中心
缺点－02
操作夹持裸晶片比较困难 要求很高的组装精度 目前使用底部填充要求一定的固化时间 有些基板可靠性较低 维修很困难或者不可能
14 2019/9/15
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电子制造技术基础
吴丰顺 博士/教授 武汉光电国家实验室
光电材料与微纳制造部
华中科技大学材料学院
1
2019/9/15
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倒装芯片(Flip Chip)技术
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倒装芯片工艺概述
主要工艺步骤： 第一步： 凸点底部金属化 (UBM) 第二步：芯片凸点 第三步：将已经凸点的晶片组装到基板／板卡上 第四步：使用非导电材料填充芯片底部孔隙
15 2019/9/15
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倒装芯片组装就是通过芯片上的凸点直接将元器件朝 下互连到基板、载体或者电路板上。而导线键合是将芯片的 面朝上。
倒装芯片元件是主要用于半导体设备；而有些元件， 如无源滤波器，探测天线，存储器装备也开始使用倒装芯片 技术，由于芯片直接通过凸点直接连接基板和载体上，因此 ，更确切的说，倒装芯片也叫DCA （ Direct Chip Attach ）。
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为什么使用倒装芯片?
倒装芯片技术的兴起是由于与其他的技术相比 ，在尺寸、外观、柔性、可靠性、以及成本等方面有 很大的优势。今天倒装芯片广泛用于电子表，手机， 便携机 ，磁盘、耳机，LCD以及大型机等各种电子产 品上。
8 2019/9/15
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优点－01
小尺寸: 小的IC引脚图形 (只有扁平封装的5％）减小了 高度和重量。 功能增强: 使用倒装芯片能增加I/O 的数量。I/O 不像 导线键合中出于四周而收到数量的限制。面阵列使得在更小 的空间里进行更多信号、功率以及电源等地互连。一般的倒 装芯片焊盘可达400个。
倒装芯片与扁平封装的引脚数比较
11 2019/9/15
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信号效果比较
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12 2019/9/15
Prof. Wu Fengshun, fengshunwu@
芯片可减少三分之二的互连引脚数。
提高了散热热能力：倒装芯片没有塑封，芯片背面可进行有
效的冷却。
低成本：批量的凸点降低了成本。
10 2019/9/15
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I/O 数比较
9 2019/9/15
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优点－02
性能增加: 短的互连减小了电感、电阻以及电容，保证了信
号延迟减少、较好的高频率、以及从晶片背面较好的热通道。
提高了可靠性: 大芯片的环氧填充确保了高可靠性。 倒装
5 2019/9/15
Prof. Wu Fengshun, fengshunwu@
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三种晶片级互连方法
6 2019/9/15
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倒装芯片示意图
在典型的倒装芯片封装中, 芯片通过3到5个密耳 (mil)厚的焊料凸点连接到芯片载体上，底部填 充材料用来保护焊料凸点.
4 2019/9/15
Prof. Wu Fengshun, fengshunwu@
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什么是倒装芯片？
倒装芯片历史
1. IBM1960年研制开发出在芯片上制作凸点的倒装芯片焊接工
艺技术。95Pb5Sn凸点包围着电镀NiAu的铜球。后来制作
PbSn凸点，使用可控塌焊连接（Controlled collapse
Component Connection, C4），无铜球包围。
2. Philoc－ford等公司制作出Ag－Sn凸点
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第一步：凸点下金属化
（UBM，under bump metallization）
16 2019/9/15
Prof. Wu Fengshun, fengshunwu@
缺点－01
裸芯片很难测试
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凸点芯片适应性有限
随着间距地减小和引脚数的增多导致PCB技术
面临挑战
必须使用X射线检测设备检测不可见的焊点
Hale Waihona Puke 和SMT工艺相容性较差13 2019/9/15
Prof. Wu Fengshun, fengshunwu@