Flip Chip技术在集成电路封装中的应用

南通富士通微电子股份有限公司 高 峰

1 引言

目前，集成电路互连的技术主要有三种：引线键合技术（Wire Bond）、载带自动键合技术(Tape Automated Bonding)、倒装芯片技术（Flip Chip）。WB与TAB的芯片焊盘限制在芯片四周，因此I/O数比较低，而FC可以将整个芯片面积用来与基板互连，极大地提高了I/O数[1]。FC封装技术产品核心技术密间距凸点倒装、环氧树脂底部一次性填充封装技术。其特点包括：取代涂布底填、无需再布线技术、低凸点倒装焊接技术、窄节距凸点焊接技术、高密度凸点的倒装贴装技术及高可靠性等。具备以下优点：赋予了封装组件良好的电气性能；具有较高的封装速度；几乎没有封装密度的限制，能够增加单位面积内的I/O数量；减小了封装组件的尺寸和重量；提高了信号完整性，频率特性更好；倒装凸点等制备基本以圆片、芯片为单位；与单根引线为单位的引线键合互连比较，生产效率高，降低了批量封装的成本等。它迎合了微电子封装技术追求更高密度、更小尺寸、更快处理速度、更高可靠性和更经济的发展趋势。[2]FC是用于智能手机和平板电脑的应用处理器与基频处理器的封装。随着LTE网络的成熟普及，今后对高性能智能手机和平板电脑的要求将会越来越高，预计，FC封装技术产品的需求量每年将增加30%以上，有着广阔的市场空间。

2 技术内容

FC封装技术产品采用倒装回流后再填充塑封料的方式完成产品封装的集成电路封装技术。

①技术路线

②开发的主要技术及工艺流程

图1 FC倒装焊工艺流程

图2 铜柱凸块工艺流程

图3

图4 铜柱凸块形成/工艺流程说明

图5 铜柱凸块形成后的外观照片

3 技术方案

通过对FC CSP封装技术研发，提出可行的技术路线与工艺方案；购买专用仪器设备，优化工艺步骤及条件，筛选材料，根据客户提出的要求，在考核批次中对产品作进一步的提高与完善；采用铜柱MUF（Molding Under Fill）封装技术，代涂布底填的方法，极大的提高了生产效率，降低了生产成本；提高了封装产品的可靠性；采用低凸点倒装焊接技术、窄节距凸点焊接技术、高密度凸点的倒装贴装技术；考核批次通过本公司可靠性测试及客户进行AEC-Q100等相关标准的考核后，进行中试生产，解决各工序中的技术问题；项目产品中试合格率稳定在99%以上，进行批量封装生产，实现项目产品的产业化生产，以满足国内外高端电子产品市场的需要。

FC封装产品技术性能指标∶a、矮凸点倒装焊接技术，凸点高度＜65um；b、窄节距凸点焊接技术，凸点节距＜90um；c、高密度凸点的倒装焊接技术，凸点数＞800；d、高可靠，通过-65℃-125℃温度循环500次。

4 产品竞争优势

FC封装技术产品是在基板上采用倒装焊接后，通过回流固定产品的集成电路封装技术。与传统封装产品相比，FCCSP封装产品更小、更轻、更薄，封装产品具有：

①更窄的Bump间距：同类FCCSP产品Bump间距在120μm左右，本项目的FCCSP产品凸点中心最低达85μm。

②更高的密度，更多的I/O输出端：同类产品FCCSP芯片凸点数普遍在800个左右，I/O输出端在400左右。本项目中，6.5mm×7.5mm芯片尺寸上Bump数做到1,300个以上，I/O输出端达600多个，具有更高的性能。

③更高的可靠性：本项目FCCSP工艺在圆片表面形成铜柱凸点后，倒装焊接后回流，减少了Bump表面裂纹。

④更薄的外形尺寸/更低的成本：本项目FCCSP工艺使得基板内布线的层数变少，从而使得封装产品的外形更薄、更轻，成本更低。

5 市场展望

当前的C4技术广泛用于PC和游戏机的CPU等芯片封装，其矩阵bump的pitch都大于120微米。在小pitch焊料bump情况时会有站高不稳定、bump浸润不良和bump短路失效等问题出现。该项目FCCSP工艺的bump pitch 可＜120um。而且一个关键优点是无需在芯片上做再布线层。

该FCCSP封装技术需首先在芯片Pad上制造bump，然后采用倒装贴装和MUF的Flip Chip 工艺。该技术可以采用不同的bump技术，在Low K芯片上加工bump。

随着4G时代的到来，智能手机、智能平板广泛的使用，使得基于FCCSP封装的消费类电子产品，产业化市场前景一片光明。

[1]刘培生,杨龙龙,卢颖 等.倒装芯片封装技术的发展[J].电子元件与材料, 2014,33(2).

[2]张文杰,朱朋莉,赵涛 等.倒装芯片封装技术概论[J].集成技术, 2014,3(6).