集成电路芯片封装第十九讲

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1、先进封装技术前课回顾2 2、BGABGA返修工艺流程返修工艺流程、BGABGA质量检测范围与方法质量检测范围与方法3 3、CSPCSP概念及分类概念及分类焊前检测-三角激光测量法：是否有脱落及尺寸一致性焊后检测-X射线检测法:对位误差和桥连等焊接缺陷CSPCSP技术应用现状技术应用现状 CSPCSP封装具有轻、薄、短、小的特点，在便携封装具有轻、薄、短、小的特点，在便携式、低式、低I/OI/O数和低功率产品中的应用广泛，主要用数和低功率产品中的应用广泛，主要用于闪存（于闪存（Flash Card Flash Card）、）、RAMRAM、DRAMDRAM存储器等产存储器等产品中。品中。目前，超

2、过目前，超过100100家公司开发家公司开发CSPCSP产品：产品：AmkorAmkor、TesseraTessera、Chip-scaleChip-scale、SharpSharp等，市场潜力巨大。等，市场潜力巨大。ROMROM只读内存只读内存Read-Only MemoryRead-Only Memory，一种只能读出事先所，一种只能读出事先所存数据的固态半导体存储器。其特性是一旦储存资料就无存数据的固态半导体存储器。其特性是一旦储存资料就无法再将之改变或删除。法再将之改变或删除。RAM-Random Access Memory RAM-Random Access Memory 随机存储器

3、。存储单元内随机存储器。存储单元内容可按需随意取出或存入，且存取速度与存储单元位置容可按需随意取出或存入，且存取速度与存储单元位置无关。在断电时将丢失其存储内容，故主要用于存储短无关。在断电时将丢失其存储内容，故主要用于存储短时间使用的程序。时间使用的程序。按照存储信息的不同，随机存储器又按照存储信息的不同，随机存储器又分为静态随机存储器（分为静态随机存储器（Static RAM,SRAM)Static RAM,SRAM)和动态随机存和动态随机存储器（储器（Dynamic RAM,DRAM)Dynamic RAM,DRAM)。ROMROM与与RAMRAMCSPCSP技术存在的问题技术存在的问题

4、【标准化】-市场准入机制：全球通行【可靠性】-系统可靠性要求高，可返修性及返修成本高。【成本】-价格影响市场竞争力【与CSP芯片配套的基板、安装】-技术成熟度倒装芯片技术倒装芯片技术 倒装芯片技术（倒装芯片技术（FCTFCT）是直接通过芯片上呈阵列分）是直接通过芯片上呈阵列分布的凸点来实现芯片与封装衬底（基板）或布的凸点来实现芯片与封装衬底（基板）或PCBPCB的互连的互连的技术：裸芯片面朝下安装。的技术：裸芯片面朝下安装。用于裸芯片连接在基板上的用于裸芯片连接在基板上的FCTFCT称为称为FCBFCB，采用，采用FCFC互互连技术的芯片封装型式称为连技术的芯片封装型式称为FCPFCP。倒装芯

5、片技术的特点倒装芯片技术的特点 FC采用阵列凸点结构，互连长度更短，互连电性能较之WB和TAB得到明显改善；FC将焊料凸点转移至芯片下面，具有更高的I/O引脚数；FC组装工艺与BGA类似，关键在于芯片凸点的对位，凸点越小、间距越密，对位越困难。芯片产生的热量可通过凸点直接传给封装基板，且裸芯片上面可外加散热器。FC与BGA类似，对位需要借助专门的定位设备，但焊料凸点与焊盘间的表面张力可以提供一定的自对准效应，可适应较大范围的贴装偏差。FC技术广泛应用于CSP和常规BGA、PGA封装中，Intel的CPU芯片组常采用FC-PBGA和FC-PGA技术。倒装芯片技术倒装芯片技术PGAPGAFCFC与

6、与BGABGA、CSPCSP的关系的关系 FC FC既可用于一种裸芯片键合方式又是一种芯片封装互既可用于一种裸芯片键合方式又是一种芯片封装互连方式，连方式，BGABGA和和CSPCSP是芯片封装类型；是芯片封装类型；BGA BGA是采用面阵列焊料凸点作互连引脚的芯片类型，是采用面阵列焊料凸点作互连引脚的芯片类型，BGABGA内部裸芯片的键合形式可采用内部裸芯片的键合形式可采用FCBFCB，但并非所有，但并非所有BGABGA都采用都采用FCBFCB方式。方式。CSP CSP是一类特殊的是一类特殊的BGABGA技术，是采用技术，是采用FCBFCB键合互连和键合互连和FCPFCP封装的微型封装的微型

7、BGABGA芯片；其封装面积与裸芯片面积比小于芯片；其封装面积与裸芯片面积比小于等于，等于，FCFC、BGABGA与与CSPCSP的区别和联系的区别和联系可控塌陷芯片连接可控塌陷芯片连接-C4-C4技术技术 可控塌陷芯片连接简称可控塌陷芯片连接简称C4C4（Controlled Collapse Controlled Collapse Chip Connection)Chip Connection)技术，是一种超精细的技术，是一种超精细的BGABGA型式。型式。焊接过程中，位于芯片基板下面的焊料凸点高度发焊接过程中，位于芯片基板下面的焊料凸点高度发生改变，但变化值处于一定范围内。生改变，但变化

8、值处于一定范围内。C4C4技术的焊料凸点技术的焊料凸点可分布在芯片四周，也可全阵列分布，采用焊料为高熔可分布在芯片四周，也可全阵列分布，采用焊料为高熔点焊料合金，保证在焊接时焊点高度变化可控。点焊料合金，保证在焊接时焊点高度变化可控。可控塌陷芯片连接可控塌陷芯片连接-C4-C4技术技术可控塌陷芯片连接可控塌陷芯片连接C4元器件主要应用于CBGA和CCGA领域：组件具有优异的电性能和热性能组件具有优异的电性能和热性能 中等焊球间距下能支持极大的中等焊球间距下能支持极大的I/OI/O数数 不存在不存在I/OI/O焊盘尺寸限制：自对准焊盘尺寸限制：自对准 采用群焊技术，可进行大批量可靠装配采用群焊技

9、术，可进行大批量可靠装配 可实现最小的元器件尺寸和重量可实现最小的元器件尺寸和重量直接芯片连接直接芯片连接-DCA-DCA DCA（Direct Chip Attach）技术也是一种超微细间距BGA形式，是将C4技术得到的裸芯片直接贴装在各类基板（PCB）上进行直接安装，且与SMT工艺相兼容：DCA与C4的异同点？目前，轻、薄、短、小的高密度电子整机都采用了C4技术和PCB-DCA技术。胶黏剂连接的倒装芯片胶黏剂连接的倒装芯片 胶黏剂连接倒装芯片（Flip Chip Adhesive Attachment，FCAA）存在很多型式，采用胶黏剂代替焊料，将芯片与有源电路连接在一起，胶黏剂可采用各向

10、异性和各向同性的导电材料或非导非导电材料电材料。基材选用范围通常包括陶瓷、PCB基板和柔性电路板、玻璃材料等。倒装芯片的凸点技术倒装芯片的凸点技术 FC凸点可分为焊料凸点和非焊料凸点两类，其基本结构相一致，由IC、UBM和Bump组成。UBM通常由粘附层、扩散阻挡层和浸润层（提高互连电性能）组成，通常采用溅射、蒸发和电镀等方法形成UBM。凸点材料可分为焊料合金、金凸点和聚合物凸点三类，凸点材料可分为焊料合金、金凸点和聚合物凸点三类，各类凸点采用的材料及其特点？各类凸点采用的材料及其特点？凸点制作方法：电镀凸点、印刷凸点和喷射凸点方法。倒装芯片的凸点技术倒装芯片的凸点技术FCFC的应用现状的应用

11、现状 目前，国内仍以采用传统的DIP、SOP、QFP、PLCC、CPGA等封装形式为技术主流，BGA、CSP技术等先进封装形式的应用还不够广泛。解决途径：【引进先进技术，以部分FC技术为突破口】【加强产学研结合，充分发挥大学人才优势】晶圆级芯片尺寸封装技术晶圆级芯片尺寸封装技术 晶圆级封装（晶圆级封装（Wafer Level PackageWafer Level Package，WLPWLP）以）以BGABGA技技术为基础，是一种特殊类型的术为基础，是一种特殊类型的CSPCSP封装型式，又称为圆片级封装型式，又称为圆片级芯片尺寸封装（芯片尺寸封装（WL-CSPWL-CSP），由），由IBMIB

12、M公司在公司在19641964年为其年为其360360主主机系统引入焊料凸点技术时出现并不断发展起来。机系统引入焊料凸点技术时出现并不断发展起来。芯片尺寸真正减小至芯片尺寸真正减小至ICIC芯片尺寸芯片尺寸将芯片封装与制造融为一体将芯片封装与制造融为一体 WLP芯片的制作工艺是在传统圆片制作工艺基础上增加薄膜再布线工艺和凸点制作工艺：采用两层BCB作为保护层和介质层，生产成本大幅降低：薄膜再分布：通过薄膜技术将沿芯片周边分布的焊区转薄膜再分布：通过薄膜技术将沿芯片周边分布的焊区转换为芯片表面上阵列分布的凸点焊区。换为芯片表面上阵列分布的凸点焊区。晶圆级芯片尺寸封装技术晶圆级芯片尺寸封装技术薄膜

13、再分布技术薄膜再分布技术钝化的圆片表面涂覆首层BCB光刻老焊区淀积金属薄膜制备金属导线连接焊区溅射淀积、光刻UBM层二次涂覆BCB光刻新焊区窗口电镀或印刷焊料合金再流形成焊料凸点WLP测试、打印、包装凸点制作技术凸点制作技术 WLP结构中的焊料凸点通常为球形，制备球栅阵列的方法一般有三种：【预制焊料球】【丝网印刷或模板印刷】【电化学淀积（电镀）】凸点质量要求：【焊球共面度好】【焊球合金成分均匀，回流特性一致性好】【焊球直径随间距变化】WLPWLP优点和应用局限性优点和应用局限性【封装效率高：适应大直径晶圆片】【具有FCP和CSP的技术特点：轻薄短小】【引脚短，电、热性能好】【制作WLP的工艺成熟度高，不存在新工艺瓶颈】【符合当今的SMT技术潮流，适用SMT焊接工艺】WLPWLP的应用局限性的应用局限性 【WLP裸芯片焊盘不能引出，引脚数目有限制】【具体结构形式、封装工艺等有待优化】【可靠性数据积累有限，影响广泛推广】【成本相对较高】NoImage半导体芯片技术发展趋势半导体芯片技术发展趋势国际半导体技术路线（国际半导体技术路线（ITRSITRS）NoImageNoImage未来发展趋势未来发展趋势-SIP-SIP