倒装芯片(FC-Flip-Chip)装配技术
FC装配技术
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对贴装精度及稳定性的要求 对于球间距小到0.1mm的器件，需要怎样的贴装精度才能达到较高的良率？ 基板的翘曲变形，阻焊膜窗口的尺寸和位置偏差，以及机器的精度等，都会 影响到最终的贴装精度。关于基板设计和制造的情况对于贴装的影响，我们 在此不作讨论，这芯片装配工艺对贴装设备的要求里我们只是来讨论机器的 贴装精度。为了回答上面的问题，我们来建立一个简单的假设模型： 1.假设倒装芯片的焊凸为球形，基板上对应的焊盘为圆形，且具有相同的直 径； 2.假设无基板翘曲变形及制造缺陷方面的影响； 3.不考虑Theta和冲击的影响； 4.在回流焊接过程中，器件具有自对中性，焊球与润湿面50%的接触在焊接 过程中可以被“拉正” 那么，基于以上的假设，直径μ的焊25m球如果其对应的圆形焊盘的直径为 50μm时，左右位置偏差（X轴）或 前后位置偏差（Y轴）在焊盘尺寸的50%， 焊球都始终在焊盘上（图9）。对于焊球直径为25μm的倒装芯片，工艺能力 Cpk要达到1.33的话，要求机器的最小精度必须达到12μm@3sigma。
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倒装芯片的装配工艺流程介绍 相对于其它的IC器件，如BGA、CSP等，倒装芯片装配工艺有其特殊性，该 工艺引入了助焊剂工艺和底部填充工艺。因为助焊剂残留物（对可靠性的影 响）及桥连的危险，将倒装芯片贴装于锡膏上不是一种可采用的装配方法。 业内推出了无需清洁的助焊剂，芯片浸蘸助焊剂工艺成为广泛使用的助焊技 术。目前主要的替代方法是使用免洗助焊剂，将器件浸蘸在助焊剂薄膜里让 器件焊球蘸取一定量的助焊剂，再将器件贴装在基板上，然后回流焊接；或 者将助焊剂预先施加在基板上，再贴装器件与回流焊接。助焊剂在回流之前 起到固定器件的作用，回流过程中起到润湿焊接表面增强可焊性的作用。 倒装芯片焊接完成后，需谄骷撞亢突逯涮畛湟恢纸海ㄒ话阄费跏 黪ゲ牧希５撞刻畛浞治凇懊噶鞫怼钡牧鞫院头橇鞫裕∟ofollow）底部填充。 上述倒装芯片组装工艺是针对C4器件（器件焊凸材料为SnPb、SnAg、SnCu 或SnAgCu）而言。另外一种工艺是利用各向异性导电胶（ACF）来装配倒 装芯片。预先在基板上施加异性导电胶，贴片头用较高压力将器件贴装在基 板上，同时对器件加热，使导电胶固化。该工艺要求贴片机具有非常高的精 度，同时贴片头具有大压力及加热功能。 对于非C4器件（其焊凸材料为Au 或其它）的装配，趋向采用此工艺。这里，我们主要讨论C4工艺，下表列出 的是倒装芯片植球（Bumping）和在基板上连接的几种方式。
覆晶(倒装 Flip Chip LED)工艺介绍
为什么要用覆晶LED覆晶焊技术支持的LED光源与传统封装光源相比，具有热阻低，电压低，大电流密度光效高的特点，综合研究表明覆晶LED光源在应用上有其独特的潜力和优势。
优点：（1）、高可靠性,最稳定的SMT锡制程，承受拉力是传统LED的数十倍。
（2）、低热阻(3014热阻为40℃/W,倒裝为5.8℃/W)，高散热性，防止热量过高而烧坏晶片或荧光粉和封装胶。
（3）、无金线可实现多芯片的集成，特别是COB和高压LED灯源。
也有效的避免金线引起的各种风险，比如热膨胀使之断裂，外部冲击波或压力造成金钱断裂等优势。
（4）、导电面积大,内阻小，能承受大电流通过，减少因为内阻大引起的过大热量。
（5）、发光率高，发光角度大等优点。
（6）、封装工艺简化，降低封装成本，高提生产良率。
（7）、低光衰，不因为热引起的快速光衰，从而延长了芯片的寿命，是普通灯具的10倍以上一、结构优势首先，相对于正装和垂直的芯片封装方式，覆晶封装没有金线存在，可以有效避免金线可能引起的各种风险。
下表为硅胶、金线、芯片的热膨胀系数值，其数量级的差距说明了硅胶热膨胀对金线的拉扯会造成可靠性的隐患。
材料热膨胀系数其次，覆晶焊采用金属与金属直接接触的方式，其大电流散热能力比传统封装更好。
如图为传统封装与覆晶封装在散热通道方面的区别，传统正装封装通过蓝宝石和固晶银胶散热，覆晶焊通过金属通道散热，传统封装的蓝宝石和固晶胶成为散热瓶颈。
下表所示的数值为蓝宝石、固晶胶、金属三者在导热系数大小，三者对比明显可以发现覆晶焊金属导热通道的巨大优势。
材料导热系数传统封装光源散热通道覆晶焊封装光源散热通道最后，覆晶焊的封装不存在金线的焊线弧度，能够实现超薄型的平面封装。
传统封装方式金线的拉力仅10g左右，而覆晶焊的接触面推力达到500g以上，覆晶封装可以抵抗一定的表面挤压而不影响LED的光电性能，适合于狭小的应用空间内。
例如手机、摄像机、背光等领域。
同时在多芯片的集成，均能发挥超薄易安装高集成的优势。
flip chip工艺技术
flip chip工艺技术Flip chip工艺技术是一种电子封装技术，它将芯片直接倒装在基板上，通过金线、焊球或者导电胶等连接芯片和基板之间的引脚，以实现电信号的传输。
相比传统的片上线缆（wire bonding）技术，flip chip工艺具有许多优势，如更高的可靠性、更小的封装尺寸和更高的电路性能等。
Flip chip工艺技术最早出现在1961年，当时IBM公司发明了一种在芯片表面覆盖一层金球，并将其倒装在基板上的方法。
经过多年的发展，flip chip工艺技术已经成为现代电子封装领域中的一个重要技术。
首先，flip chip工艺技术可以在同一面芯片上实现更多的输入输出（I/O）引脚，从而提高了芯片的连接密度。
对于高性能芯片来说，这项技术尤为重要。
根据需要，芯片制造商可以在芯片上布置成百上千个引脚，实现更高级别的功能和更复杂的电路设计。
其次，flip chip工艺技术可以显著减小芯片封装的尺寸。
由于芯片是倒装在基板上的，消除了传统封装技术中的芯片焊线和封装间隙，使得整个封装尺寸更小。
作为结果，这种封装技术对于紧凑型电子设备的制造非常有吸引力，例如智能手机、平板电脑和可穿戴设备等。
另外，flip chip工艺技术还具有更高的可靠性。
由于芯片和基板之间的连接是直接的，没有中间电线或导线，所以连接更加牢固。
此外，由于距离更短，电信号传输速度更快，噪声也更小，因此电路性能更稳定。
然而，flip chip工艺技术也存在一些挑战。
首先，由于芯片倒装在基板上，制造过程需要更加精确和复杂的操作。
其次，倒装引脚之间的热量分布不均匀可能会导致芯片热量过量和不均匀，从而影响芯片的性能和寿命。
此外，由于芯片和基板的直接接触，其之间必须要有一层合适的介质材料来调整它们之间的电学和热学性能。
这样的介质材料需要具备良好的导热性、电性能和耐久性。
总结来说，flip chip工艺技术是一种先进的电子封装技术，具有更高的可靠性、更小的封装尺寸和更高的电路性能等优势。
LED术语和实际应用指南 倒装芯片安装(flip
LED 术语和实际应用指南倒装芯片安装（flip
在底板上直接安装芯片的方法之一。
连接芯片表面和底板时，并不是像引线键合一样那样利用引线连接，而是利用阵列状排列的，名为焊点的突起状端子进行连接。
与引线键合相比，可减小安装面积。
另外，由于布线较短，还具有电特性优异的特点。
主要用于对小型和薄型具有较高要求的便携产品电路以及重视电特性的高频电路等。
另外为了将芯片发出的热量容易地传递到底板上，需要解决发热问题的LED 也有采用这种安装技术的。
将LED 芯片收纳于封装中时如果采用倒装芯片技术，发光层（发热源）距离封装一侧就较近。
因此，容易将LED 芯片的热量散发到封装侧。
另外，采用倒装芯片安装方法安装LED 芯片的话，发光层的光射出外部时不会受到电极的遮蔽。
尤其是采用蓝宝石底板的蓝色LED 等只在LED 芯片一面设置电极的产品，其效果更为明显。
通过倒装芯片安装的LED 的发光效率，与采用引线键合的安装相比，可提高数十％。
用于LSI 时可削减芯片面积
倒装芯片安装多用于LSI。
原因是由于芯片整体拥有输入输出（I/O）端子，由此可缩小芯片面积。
以前，采用通常使用的引线键合方法时，I/O 端子在芯片周围，为了备齐所需的I/O 数量，必须扩大芯片面积。
倒装芯片安。
倒装芯片技术【2024版】
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2024/11/8
Prof. Wu Fengshun,
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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2024/11/8
Prof. Wu Fengshun,
I/O 数比较
倒装芯片与扁平封装的引脚数比较
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Prof. Wu Fengshun,
信号效果比较
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2024/11/8
Prof. Wu Fengshun,
缺点－01
➢ 裸芯片很难测试
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2024/11/8
Prof. Wu Fengshun,
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
FC简介
B. 压力烘箱原理视图：
C. Underfill 点胶模拟(Glass die)：
Underfill 点胶视图
14
Thanks！
点胶机：Protec
Normal & Pressure烘箱
Nozzle Epoxy PCB
点胶前
Underfill
点胶后
SAT扫描
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倒装芯片封测流程
Underfill (底部填充-CUF)：
A. 毛细作用及原理视图：指液体在细管状 物体内侧，由于内聚力与附着力的差异、 克服地心引力而上升的现象；
倒装芯片封测流程
Pre-bake
基板预烘烤 锡膏印刷 表面贴装
UF Pre-bake Plasma UF
UF预烘烤 离子清洗 UF点胶 UF胶固化
Chip mount 上板&S/M Pre-bake FCA Reflow
SMT
Printing
UF
上Carrier 基板预烘烤 芯片倒装 回流炉 去Flux清洗 Fail
UF Cure
SAT 清洗 烘烤 3/O QA
Pass 3rd 检验 QA 3rd 检验 下Carrier
SAT抽检 抽检基板清洗 抽检基板除湿
FCA
Deflux
下板
倒装芯片封测流程
Surface Mount Technology (表面元件贴装)：
通过锡膏印刷的方式进行元件贴装，将电容、电阻、电感等元器件贴焊于基板上.
Die attach
Process simulation
倒装芯片封测流程
Flipchip Attach (芯片倒装)：
芯片倒装Process 产品贴装之后通过X-ray确认芯片贴装效果，含芯片偏移/虚焊/桥接 /Bump空洞等确认项.
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。
封装工艺中倒装(FC)工艺和材料介绍
Temperature vs. Viscosity, Flow Rate
3
2.5
2
1.5
80-100°C is
1
recommended
0.5
0
60
80
100
120
PCB Prebake UF plasma clean
Underfill Underfill cure
Reduces underfill viscosity
By substrate topography
Flux residue
By moisture contamination
By cleaning residue
Major defects in Flipchip and UF
▶ Moisture Void
Major defects in Flipchip and UF
▷ Substrate type ▷ Plasma condition: Power (watt) & Time ▷ Heat block temperature ▷ Dispensing pattern
Causes
Countermeasures
Because of weak interaction
Why use flip chip?
Smallest Size Highest Performance Greatest I/O Flexibility Most Rugged Lowest Cost
Process flow of Super FC
FOL 2 (Memory)
Wafer Backgrind 2 Wafer Mount 2 Wafer Saw 2
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倒装芯片（FC，Flip-Chip）装配技术
时间：2010-05-27 23:04:25 来源：网络
倒装芯片焊接完成后，需要在器件底部和基板之间填充一种胶（一般为环氧树酯材料）。
底部填充分为于“ 毛细流动原理” 的流动性和非流动性（No-follow ）底部填充。
上述倒装芯片组装工艺是针对C4 器件（器件焊凸材料为SnPb 、SnAg 、SnCu 或SnAgCu ）而言。
另外一种工艺是利用各向异性导电胶（ACF ）来装配倒装芯片。
预先在基板上施加异性导电胶，贴片头用较高压力将器件贴装在基板上，同时对器件加热，使导电胶固化。
该工艺要求贴片机具有非常高的精度，同时贴片头具有大压力及加热功能。
对于非C4 器件（其焊凸材料为Au 或其它）的装配，趋向采用此工艺。
这里，我们主要讨论C4 工艺，下表列出的是倒装芯片植球（Bumping ）和在基板上连接的几种方式。
倒装倒装芯片几何尺寸可以用一个“ 小” 字来形容：焊球直径小（小到0.05mm ），焊球间距小（小到0.1mm ），外形尺寸小（1mm 2 ）。
要获得满意的装配良率，给贴装设备及其工艺带来了挑战，随着焊球直径的缩小，贴装精度要求越来越高，目前12μm 甚至10μm 的精度越来越常见。
贴片设备照像机图形处理能力也十分关键，小的球径小的球间距需要更高像素的像机来处理。
随着时间推移，高性能芯片的尺寸不断增大，焊凸（Solder Bump）数量不断提高，基板变得越来越薄，为了提高产品可靠性底部填充成为必须。
对贴装压力控制的要求
考虑到倒装芯片基材是比较脆的硅，若在取料、助焊剂浸蘸过程中施以较大的压力容易将其压裂，同时细小的焊凸在此过程中也容易压变形，所以尽量使用比较低的贴装压力，一般要求在150g 左右。
对于超薄形芯片，如0.3mm ，有时甚至要求贴装压力控制在35g 。
对贴装精度及稳定性的要求
对于球间距小到0.1mm 的器件，需要怎样的贴装精度才能达到较高的良率？基板的翘曲变形，阻焊膜窗口的尺寸和位置偏差，以及机器的精度等，都会影响到最终的贴装精度。
关于基板设计和制造的情况对于贴装的影响，我们在此不作讨论，这芯片装配工艺对贴装设备的要求里我们只是来讨论机器的贴装精度。
为了回答上面的问题，我们来建立一个简单的假设模型：
1. 假设倒装芯片的焊凸为球形，基板上对应的焊盘为圆形，且具有相同的直径；
2. 假设无基板翘曲变形及制造缺陷方面的影响；
3. 不考虑Theta 和冲击的影响；
4. 在回流焊接过程中，器件具有自对中性，焊球与润湿面50% 的接触在焊接过程中可以被“ 拉正” 。
那么，基于以上的假设，直径25μm 的焊球如果其对应的圆形焊盘的直径为50μm 时，左右位置偏差（X 轴）或前后位置偏差（Y 轴）在焊盘尺寸的50% ，焊球都始终在焊盘上（图9 ）。
对于焊球直径为25μm 的倒装芯片，工艺能力Cpk 要达到1.33 的话，要求机器的最小精度必须达到12μm@3sigma 。