倒装芯片技术
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.
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什么是倒装芯片？
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钉头金凸点
SBB（Stud Bond Bump）
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由此模型可知：
要提高可靠性必须要求：
更高的焊点高度 更小的晶片 器件与基板的热膨胀系数（Coefficient of Thermal Expansion, CTE）相配 小的工作温度变化范围
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第二步: 回流形成凸点
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第三步：倒装芯片组装
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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. 3. 4. 5.
Philoc－ford等公司制作出Ag－Sn凸点 Fairchield——Al凸点
凸点
热压倒装芯片连接最合适的凸点材料是金，凸点可以通过传
统的电解镀金方法生成，或者采用钉头凸点方法，后者就是
引线键合技术中常用的凸点形成工艺。由于可以采用现成的
引线键合设备，因此无需配备昂贵的凸点加工设备，金引线
中应该加入1% 的Pd ，这样便于卡断凸点上部的引线。凸点 形成过程中，晶圆或者基板应该预热到150～ 200° C。
是材料充分软化，同时促进连接过程中的扩散作用。
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热压与热声倒装芯片示意图
热压和热声倒装芯片连接原理示意图
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钉头金凸点制作
Coining (level) Flat tail bump
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信号效果比较
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缺点－01
裸芯片很难测试 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 和SMT工艺相容性较差
Amelco——Au凸点
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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底部填充示意图
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倒装芯片工艺－通过热压焊接
在热压连接工艺中，芯片的凸点是通过加热、加压的 方法连接到基板的焊盘上。该工艺要求芯片或者基板上的凸 点为金凸点，同时还要有一个可与凸点连接的表面，如金或 铝。对于金凸点，一般连接温度在300 ° C 左右，这样才能
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倒装芯片工艺：通过焊料焊接－01
焊料沉积在基板焊盘上： 对于细间距连接，焊料通过电镀、焊料溅射或者 固体焊料等沉积方法。 很粘的焊剂可通过直接涂覆到基板上或者用芯片凸 点浸入的方法来保证粘附。 对于加大的间距（>0.4 mm ），可用模板印刷焊膏。
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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
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倒装芯片(Flip Chip)技术
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I/O 数比较
倒装芯片与扁平封装的引脚数比较
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钉头金凸点制作
Gold wire Gold ball Ball bonding Wire breaking
Gold stud bump
Coining (level)
Gold stud
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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。
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第一步：凸点下金属化
（UBM，under bump metallization）
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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。
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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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底部填充： 通过挤压将低粘度的环氧类物质填充到芯片底部，然 后加热固化。
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步 骤 示 意 图
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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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倒装芯片工艺：通过焊料焊接 －02
回流焊接： 芯片凸点放置于沉积了焊膏或者焊剂的焊盘上，整个
基板浸入再流焊炉。
清洗 ：焊剂残留。
测试：由于固化后不能维修，所以在填充前要进行测试。
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第四步：底部填充与固化
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不同的倒装芯片焊点
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第一部分
倒装芯片简介
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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
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。
倒装芯片键合技术
概述
发展历史
至今，已广泛应用于SIP,MCM,微处理器，硬盘驱动器以及RFID等领域。
倒装芯片（FCB）
2.关键技术
(1)芯片凸点的制作技术
倒装芯片（FCB）
2.关键技术
(1)芯片凸点的制作技术
溅射丝网印刷技术
倒装芯片（FCB）
2.关键技术
（2）凸点芯片的倒装焊
热压焊倒装焊法
环氧树脂光固化倒装焊法
倒装芯片（FCB）
2.关键技术
（2）凸点芯片的倒装焊
各向异性导电胶（ACA、ACF）
导电粒子含量：10%
各向异性导电胶（ACA、ACF）
倒装芯片（FCB）2.关键技术
（3）底部填充
倒装芯片（FCB）2.关键技术
（3）底部填充
倒装芯片（FCB）
2.关键技术
（3）底部填充
毛细作用！！！
倒装芯片（FCB）3.无铅化的凸点技术
倒装芯片（FCB）3.无铅化的凸点技术。
cob倒装标准
cob倒装标准
COB（Chip On Board，板上芯片）倒装技术是一种将集成电路芯片倒装焊接在电路板上的工艺。
COB倒装标准主要涉及到倒装芯片的封装、焊接、测试和质量评估等方面。
以下是一般COB倒装标准的主要内容：
1. 芯片封装：芯片封装是为了保护芯片免受外部环境的影响，提高芯片的可靠性和稳定性。
常见的COB封装类型包括塑料封装、金属封装和陶瓷封装等。
2. 倒装工艺：COB倒装工艺通常包括以下步骤：
- 芯片贴片：将封装好的芯片贴在预处理过的电路板上。
- 焊接：使用高温焊接设备将芯片与电路板焊接在一起。
焊接过程需要严格控制温度、时间和焊接压力，以保证焊接质量。
- 清洗：焊接完成后，对芯片和电路板进行清洗，去除残留的焊接剂和焊锡。
3. 测试：COB倒装后，需要对芯片进行功能测试和可靠性试验，确保芯片正常工作。
测试方法包括光学检查、电学测试和可靠性试验等。
4. 质量评估：根据测试结果，对COB倒装芯片的质量进行评估。
评估指标包括焊接强度、芯片性能、可靠性和寿命等。
5. 包装和存储：合格的COB倒装芯片需要进行包装和存储，以防止尘埃、潮湿等环境因素对芯片造成损害。
包装材料应具有防潮、防静电和抗冲击等特点。
需要注意的是，不同的应用场景和客户要求可能会有不同的COB倒装标准。
在实际操作过程中，应根据实际情况制定合适的倒装工艺和质量控制要求。
芯片倒装技术
芯片倒装技术芯片倒装技术是一种先将芯片的激光引脚等组件固定在导电粘结剂上，再将整个芯片翻转贴装在封装底座上的一种技术。
通过芯片倒装技术可以实现更高的芯片封装密度，提高芯片的性能和可靠性。
本文将对芯片倒装技术进行详细介绍，包括其发展历程、工艺流程、应用前景及存在的问题和挑战。
芯片倒装技术的发展历程可以追溯到20世纪70年代末。
起初，芯片倒装技术主要用于高性能计算机和通信领域，随着电子产品的不断普及，芯片倒装技术也逐渐应用于消费电子、汽车电子等领域。
芯片倒装技术的主要工艺流程包括：背面刻蚀、背面金属化、背面引脚成型、芯片翻转、封装底座制备和焊接封装等步骤。
首先，通过背面刻蚀技术将芯片背面的硅胶去除，然后在背面金属化过程中，利用金属薄膜和电解质溶液使芯片背面形成金属化层，以提供良好的导电性。
接下来，通过背面引脚成型技术进行引脚制作，这些引脚将用于芯片翻转后与封装底座进行连接。
接下来，使用粘合剂将芯片固定在导电粘结剂上，并进行芯片翻转。
最后，将芯片翻转后的背面与封装底座进行焊接封装，形成完整的封装芯片。
芯片倒装技术的应用前景广阔。
首先，芯片倒装技术可以提高芯片的封装密度，减小芯片尺寸，从而实现更高的性能和更小的体积。
其次，芯片倒装技术可以提供更好的散热能力，降低芯片的温度，提高芯片的工作效率和可靠性。
此外，芯片倒装技术还可以实现芯片与封装底座之间的高密度互连，提供更好的信号传输性能，使芯片在高速通信和高频率运行方面具有更好的性能。
尽管芯片倒装技术具有广阔的应用前景，但目前仍存在一些问题和挑战。
首先，芯片倒装技术的制程复杂，生产成本较高。
其次，芯片倒装技术在封装过程中易受污染和机械应力影响，容易引起故障和失效。
此外，芯片倒装技术的可靠性和长期稳定性仍需进一步改进。
综上所述，芯片倒装技术是一种能够提高芯片封装密度、性能和可靠性的重要技术。
随着电子产品的不断发展，芯片倒装技术的应用前景将越来越广阔。
然而，仍需要进一步研究和改进，以解决存在的问题和挑战，实现芯片倒装技术的商业化应用。
倒装芯片封装技术详解
倒装芯片封装技术详解倒装芯片封装技术详解芯片封装是电子元器件制造过程中非常关键的一环。
随着科技的不断进步和需求的增长，人们对芯片封装技术的要求也越来越高。
在众多芯片封装技术中，倒装芯片封装技术因其独特的优势而备受关注。
倒装芯片封装技术是一种将芯片颠倒安装于封装基板上的技术。
与传统的芯片封装技术不同，倒装芯片封装技术将芯片反过来安装在基板上，使芯片的焊盘直接与封装基板的焊盘相连。
通过这种方式，可以实现更紧凑、更高性能的封装结构。
使用倒装芯片封装技术有许多优势。
首先，倒装芯片封装技术可以显著减小封装的尺寸。
由于芯片直接安装在基板上，而不需要通过线材等额外的连接结构，因此可以节省空间，使整个封装更为紧凑。
这在如今追求更小型化、轻薄化的电子产品中尤为重要。
其次，倒装芯片封装技术可以提高电子产品的性能。
由于芯片与基板之间的连接更加紧密，电信号的传输速度更快，信号损耗更低。
这对于高频、高速的应用场景尤为重要。
此外，倒装芯片封装技术还可以减小封装与散热介质之间的热阻，提高散热效果，保证芯片的稳定运行。
然而，倒装芯片封装技术也存在一些挑战。
首先，芯片在倒装封装过程中容易受到机械应力的影响，容易出现变形、开裂等问题。
因此，在设计封装结构时需要考虑合理的机械支撑，以保证芯片的安全性。
其次，倒装芯片封装技术的工艺复杂，要求生产线具备高精度的设备和工艺控制能力。
这对于一些中小型企业来说可能是一个挑战。
尽管如此，倒装芯片封装技术的优势依然使其成为电子制造业中的热门技术。
它不仅可以满足产品小型化、高性能化的需求，还能够为电子产品的可靠性和稳定性提供有力保障。
因此，倒装芯片封装技术在移动通信、计算机、消费电子等领域得到了广泛应用。
总的来说，倒装芯片封装技术是一种高级封装技术，具有紧凑、高性能等优势。
尽管面临一些挑战，但随着科技的不断进步，相信倒装芯片封装技术在未来会得到更广泛的应用和发展。
倒装芯片封装技术
倒装芯片封装技术倒装芯片封装技术：将芯片翻转封装的革命性进展引言：随着电子科技的迅猛发展，芯片封装技术也在不断创新。
其中，倒装芯片封装技术作为一项重要的进展，在电子产品设计与制造方面发挥着重要作用。
本文将以倒装芯片封装技术为中心，探讨其原理、发展历程以及在电子领域中的广泛应用。
一、倒装芯片封装技术的原理倒装芯片封装技术，顾名思义，即将芯片翻转后进行封装。
传统的封装方式是将芯片正面朝上，通过焊接或粘接等方式固定在基板上，然后进行封装。
而倒装芯片封装技术则是将芯片翻转180度，使其背面朝上，并通过金线或导电胶等方式与基板连接。
倒装芯片封装技术的核心在于解决芯片尺寸不断减小和功耗不断增加的矛盾。
芯片尺寸的不断缩小使得传统封装方式难以满足对电路布局的要求，而倒装技术使得芯片尺寸最小化，并且能够更好地进行布局，提高电路的性能。
此外，倒装芯片封装技术还能够提高散热效果，减少功耗，提高芯片的可靠性。
二、倒装芯片封装技术的发展历程倒装芯片封装技术起源于1960年代，当时主要用于高可靠性的军事和航天设备中。
随着电子产品的普及和成本的降低，倒装芯片封装技术逐渐应用于民用产品中。
在过去的几十年中，倒装芯片封装技术经历了多次的改进和创新，使得其在电子领域中得到了广泛应用。
在倒装芯片封装技术的发展历程中，主要有以下三个阶段：1.金线倒装封装技术：最早的倒装封装技术采用金线进行芯片与基板之间的连接，这种方式简单、可靠，但是金线间距有限，不适用于高密度集成电路的封装。
2.焊接倒装封装技术：为了解决金线倒装封装技术的局限性，人们引入了焊接倒装封装技术。
这种技术采用焊料将芯片与基板焊接在一起，相比金线倒装技术，焊接倒装技术能够实现更高的密度和更好的散热效果。
3.导电胶倒装封装技术：近年来，随着导电胶技术的成熟，导电胶倒装封装技术成为了倒装芯片封装的主流技术。
导电胶能够实现更高的密度、更低的电阻和更好的散热性能，同时还能够简化制造工艺和降低成本。
芯片倒装工艺
芯片倒装工艺简介芯片倒装工艺是一种常见的电子封装技术，用于将芯片倒装到封装基板上。
在这种工艺中，芯片被倒置到封装基板上，而不是传统的正装工艺中将芯片放置在基板的正面。
芯片倒装工艺具有一些独特的优势和应用场景。
优势芯片倒装工艺相比传统的正装工艺，在某些情况下具有更好的性能和可靠性。
以下是芯片倒装工艺的一些优势：1. 更短的信号传输路径芯片倒装工艺将芯片倒置到基板上，可以缩短芯片与其他封装组件之间的信号传输路径。
信号传输路径的缩短可以降低延迟，提高信号传输速度和稳定性。
2. 更好的散热性能芯片倒装工艺可以将芯片与基板直接接触，利用基板作为散热器来散热。
相比正装工艺中通过封装外壳进行散热的方式，芯片倒装工艺可以提供更好的散热性能。
3. 更高的电路密度芯片倒装工艺中，芯片可以直接连接到基板上，无需使用导线或连接器来连接芯片和封装基板。
这种直接连接使得芯片倒装工艺可以实现更高的电路密度，提供更强大的功能。
4. 更好的高频特性由于芯片倒装工艺中信号传输路径的短，信号传输速度更快，因此在高频电路中特别适用。
芯片倒装工艺可以提供更好的高频特性和抗干扰性。
应用场景芯片倒装工艺在许多应用中都有着广泛的应用。
以下是一些常见的应用场景：1. 高速通信在高速通信领域，如光传输、高速数据传输等，芯片倒装工艺可以实现更短的信号传输路径和更好的高频特性，从而提高数据传输速度和稳定性。
2. 高性能计算在高性能计算设备中，如超级计算机、云服务器等，芯片倒装工艺可以提供更好的散热性能和更高的电路密度，从而提高计算性能和处理能力。
3. 小型化设备芯片倒装工艺可以实现更高的电路密度和更小的封装尺寸，因此在小型化设备中有着广泛的应用，如智能手机、可穿戴设备等。
4. 高可靠性要求在一些对可靠性要求较高的应用中，如航天器、医疗设备等，芯片倒装工艺可以提供更好的散热性能和可靠性，从而保证设备的正常运行和长寿命。
芯片倒装工艺过程以下是芯片倒装工艺的一般过程：1. 基板准备首先需要准备一个封装基板，通常是一个适应芯片尺寸和引脚布局的基板。
倒装芯片技术【2024版】
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2024/11/8
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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。
凸点
热压倒装芯片连接最合适的凸点材料是金，凸点可以通过传 统的电解镀金方法生成，或者采用钉头凸点方法，后者就是 引线键合技术中常用的凸点形成工艺。由于可以采用现成的 引线键合设备，因此无需配备昂贵的凸点加工设备，金引线 中应该加入1% 的Pd ，这样便于卡断凸点上部的引线。凸点 形成过程中，晶圆或者基板应该预热到150～ 200° C。
效的冷却。
➢ 低成本：批量的凸点降低了成本。
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倒装芯片与扁平封装的引脚数比较
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信号效果比较
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➢ 裸芯片很难测试
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生产问题
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。
电子制造技术基础
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。
FC、BGA、CSP三种封装技术。
最早的表面安装技术——倒装芯片封装技术（FC）形成于20世纪60年代，同时也是最早的球栅阵列封装技术（BGA）和最早的芯片规模封装技术（CSP）。
倒装芯片封装技术为1960年IBM公司所开发，为了降低成本，提高速度，提高组件可靠性，FC使用在第1层芯片与载板接合封装，封装方式为芯片正面朝下向基板，无需引线键合，形成最短电路，降低电阻；采用金属球连接，缩小了封装尺寸，改善电性表现，解决了BGA为增加引脚数而需扩大体积的困扰。
再者，FC通常应用在时脉较高的CPU或高频RF上，以获得更好的效能，与传统速度较慢的引线键合技术相比，FC更适合应用在高脚数、小型化、多功能、高速度趋势IC的产品中。
随着电子封装越来越趋于向更快、更小、更便宜的方向发展，要求缩小尺寸、增加性能的同时，必须降低成本。
这使封装业承受巨大的压力，面临的挑战就是传统SMD封装技术具有的优势以致向我们证实一场封装技术的革命。
2 IBM的FCIBM公司首次成功地实施直接芯片粘接技术（DCA），把铜球焊接到IC焊盘上，就像当今的BGA 封装结构。
图1示出了早期固态芯片倒装片示意图。
IBM公司继续采用铜球技术并寻求更高生产率的方法，最终选择的方案为锡-铅焊料的真空淀积。
为了形成被回流焊进入球凸点的柱状物，应通过掩模使焊料淀积。
由于淀积是在圆片级状况下完成的，因而此过程获得了良好的生产率。
这种凸点倒装芯片被称为C4技术（可控塌陷芯片连接）一直在IBM公司和别的生产厂家使用几十年，并保持着高的可靠性记录。
虽然C4在更快和更小方面显得格外突出，但是呈现出更节省成本方面的不足。
与C4相关的两个重要的经济问题是：形成凸点的成本和昂贵的陶瓷电路的各项要求。
然而，正确的形成凸点技术及连接技术能够提供更进一步探求较低成本的因素。
3 形成凸点技术凸点形成技术分为几个简单的类型，即淀积金属、机械焊接、基于聚合物的胶粘剂以及别的组合物。
最初的C4高铅含量焊料凸点，熔点在300℃以上，被低共熔焊料和胶粘剂代替，从而使压焊温度下降到易于有机PCB承受的范围。