By Bill Potter

本文简单介绍现在使用中的五种倒装芯片 (flip chip) 安装方法。

　　产品小型化、功能增加和可便携性的需要正推动对倒装片 (flip chip) 装配的需求。这个技术已经在各种电子产品中使用超过三十年，它当然具有超出传统电子装配的许多优点，但是它可能不是所有装配系统的解决方案 ( 表一 ) 。

表一、倒装片装配的优点与缺点 优点 缺点 高密度电路 设计用于导线接合的芯片模 群接合 (gang bonding) 成本 改进的电气特性 可靠性 温度路线 已知的好芯片模 自我定位 ( 焊锡附着 ) 快速分配与固化的底部填充 可靠性 芯片模的可获得性 可制造性 半成品

　　如果你的公司决定使用倒装片技术，那么你的下一个决定将是使用哪种附着方法。下文就是简单介绍现在使用中的五种倒装片贴装方法，和对这些替代者的一种：接线柱锡球接合法进行详细考查。

 

金球焊接 (Gold Bump Soldering)
　　 

在金球焊接 (GBS) 方法中，连接到集成电路 (IC) 芯片的是金球。该 IC 是附着到基板的使用锡膏镀锡的电极，锡膏可印刷在基板上或者转印 (transfer-stamped) 在金球块上。在贴装期间可加热来回流连接，或者在标准回流炉内批量地回流。为了完成该过程，电路要在 IC 片底部填充之前清洁。
 

金对金连接 (Gold-to-Gold Interconnect)
　　使用金对金连接 (GGI) 方法，在 IC 片上的连接是一个金球块。 IC 片使用标准引线接合技术 ( 热声焊接 thermosonic bonding) 附着于基板的电镀金的电极。由于芯片底下间隙小，该 IC 片是不要底部充胶的。芯片通常包装在一个封装中，以保护该装配。

各向异性的导电胶片和糊剂 (Anisotropic Conductive Film and Paste)
　　用各向异性的导电胶片 (ACF) 或各向异性的导电糊剂 (ACP) 的方法，在 IC 片上的连接通常是金球块。各向异性的材料在其内部具有悬浮的导电粒子。胶片或糊剂施于基板的电镀金的电极。芯片贴装在糊剂或胶片内，并施加热和压力。该材料只在 Z 方向导电，达到 IC 电极与基板电极之间的电气接触。在有些情况中， ACF 材料也可用作底部填充剂。
 

受控的塌落芯片连接 / 倒装片附着 (Controlled Collapse Chip Connection/Flip-chip
Attach)
　　用受控的塌落芯片连接 / 倒装片附着 (C4/FCA) 方法，对 IC 片的连接是高温焊锡。助焊剂或锡膏施于基板上镀锡的电极或转印到 IC 片的锡球上。该 IC 片然后贴放于基板上，可在贴装期间加热来回流连接或者在标准回流炉中批量回流。为了完成该过程，电路在 IC 片底部充胶之前要清洁。

接线柱金球焊接 (Stud Bump Bonding)
　　接线柱金球焊接 (SBB) 技术使用金球块和导电性树脂。使用一种改良的引线焊接方法，金球与金引线一起成型。金球在芯片的铝电极上成型。金球块，“接线柱球块”有一个两阶段的构造，它有利于将导电性树脂传送到金球块，对防止导电性树脂的扩散是关键的。导电性树脂是很柔性的，阻止与直接芯片附着 (direct chip attach) 有关的温度和机械应力。在底部充胶之前不要求清洁。
　　金球块形成的过程首先开始在毛细管尖上形成一个金球。毛细管然后接触模的铝焊盘，使用标准的引线焊接技术 ( 超声波加热 ) 将金球焊接到焊盘上。金引线通过形成接线柱块顶部的毛细管边来切断 ( 图一 ) 。
　　在芯片模可以安装之前，金球块必须调整到一致的高度 ( 图 2a ) 。这个高度维持一个水平表面，使得模可以可靠地安装。球块然后浸入一个严格控制的导电树脂层内。整个模浸入，同时把导电树脂传送到模上所有的球块 ( 图 2b) 。
　　 该芯片模安装于基板上，固化树脂。在固化之后，电路可以进行电气测试，如果发现缺陷，可在室温下容易地取下模，并用新的模代替，而不需要清洁基板上的端子。该工艺过程可达到几乎 100% 的制造合格率。
　　在电气测试之后，模与基板之间的间隙用树脂来填充，机械上将安装的模保持在基板上 ( 图三 ) 。底部填充树脂然后在炉中固化，完成贴装过程。
　　 表二涉及 SBB 可靠性测试，定义测试条件和测试结果。结果显示 SBB 在温度应力之下保持稳定，因为导电树脂是很柔性的，并且密封胶具有高压缩力。
 

 

 

 

 

 

 

表二、接线柱球块焊接测试条件和结果 测试条件 基板：陶瓷与有机；厚度 = 0.8mm ；尺寸 = 30mm x 30mm 芯片：有连续测试模式的硅芯片；厚度 = 尺寸 = 10mm x 10mm x 0.4mm ； I/O=248 个焊盘 (150 µ m 间距 ) 材料：导电胶： AgPd 填充料 + 柔性环氧树脂 　　　 密封胶： SiO 2 填充料 + 环氧树脂 测试结果   有机基板 陶瓷基板 高温存储 125 ° C 、 2,000 小时 150 ° C 、 2,000 小时 低温存储 -55 ° C 、 2,000 小时 -55 ° C 、 2,000 小时 温度湿度存储 85 ° C 、 85% 、 2,000 小时 85 ° C 、 85% 、 2,000 小时 温湿偏移作用 85 ° C 、 85% 、 5.5V 、 2,000 小时 85 ° C 、 85% 、 5.5V 、 2,000 小时 不饱和增压蒸汽偏移作用 110 ° C 、 85% 、 5.5V 、 400 小时 110 ° C 、 85% 、 5.5V 、 400 小时 空气对空气温度循环 -55 ° C - 125 ° C 、 1,000 次循环 -55 ° C - 125 ° C 、 500 次循环 液体对液体温度冲击 -55 ° C - 125 ° C 、 1,000 次循环 -55 ° C - 125 ° C 、 500 次循环 高压锅 121 ° C 、 2 个大气压、 100 小时 121 ° C 、 2 个大气压、 100 小时 焊接回流   270 ° C x 10 秒、五个循环

结论
　　 倒装片接合锡点的粘结强度是高的，但缺乏释放温度应力的柔性。可是，倒装片接合导电性树脂胶点的粘结强度具有相反的效果。树脂胶通过连接导电性填充料来帮助保护导电路线，因此， SBB 接点在稳定应力下保持稳定，因为导电性胶是柔性的。更大的粘结强度和更高的导电性是通过芯片的底部填充获得的，由于填充树脂的压缩，它帮助导电性填充料的结合。
　　 电气缺陷的 SBB 附着倒装片是容易修理的。电气测试可以在固化导电性胶之后进行，任何缺陷芯片都可以容易地取下和更换。 SBB 贴装技术很适合于低成本多芯片模块 (MCM, multichip module) 和芯片规模包装 (CSP, chip-scale package) 制造，因为高的温度稳定性和可修复性。