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在微系統(tǒng)集成中使用的倒裝芯片工藝技術(shù)(底填充工藝)

發(fā)布時間:2020-05-15

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3     倒裝芯片底填充工藝

       為了提高 FC 組件的封裝可靠性,必須進行底填充。底填充可以有效的緩解芯片、基板和焊料三者之間的 CTE 不匹配,增強封裝體的熱性能,還可以保護焊料凸點,提升封裝體的力學(xué)性能。底填充造成的性能提高為低成本有機基板封裝上的 FC 技術(shù)焊打開了大門,使 FC 技術(shù)的應(yīng)用更加廣泛,例如可以應(yīng)用在個人電腦、筆記本電腦、智能手機、平板電腦等設(shè)備的處理器中。

       大多數(shù)底填料是由低膨脹填充材料如熔融石英和液體預(yù)聚物如熱固性樹脂 ( 粘合劑) 組成的,均可固化為固體復(fù)合材料。一般,底填充工藝可被分為(晶圓鍵合機)鍵合后底填充和鍵合前底填充兩大類。

3. 1   鍵合后底填充

       晶圓鍵合機鍵合后底填充是指在完成 FC 鍵合后,即 FC 芯片已經(jīng)在基板上并且焊點已經(jīng)通過回流焊或熱壓鍵合的方式進行了鍵合后,再進行底部填充。鍵合后底填充可以通過兩種方法實現(xiàn),即毛細(xì)管底填充  ( Capillary Underfill,CUF)  和塑模底填充  ( Molded Underfill,MUF) ,如圖11 所示。

鍵合前底填充工藝

圖 11 鍵合前底填充工藝

Fig. 11 Process of pre-assembly underfill

       CUF 是第一種進行批量生產(chǎn)的底填充方法,其工藝流程如下: 清洗掉芯片完成鍵合后殘余的焊劑,在基板上 FC 芯片的一側(cè) ( 或兩側(cè)) 用針頭或噴嘴滴涂底填膠,再通過毛細(xì)作用使底填膠完全填滿芯片、焊點和基板之間的間隙,然后通過固化底填料將芯片和基板牢固地結(jié)合起來。CUF 只能進行單個芯片的封裝,因此效率較低。

       MUF 最早由 Cookson Electronics 公司于 2000 年提出。在MUF 工藝中,改性后的EMC 在填充芯片、焊點和基板之間的間隙的同時,還可以直接進行芯片的封裝,同芯片的封裝材料和底填充材料同時形成,這可以在一定程度上增加芯片的封裝效率。

       鍵合后底填充的方法需要利用細(xì)縫的毛細(xì)管虹吸收作用將填料吸入并向芯片基板的中心流動,但是隨著凸點的尺寸及節(jié)距的減小,底填料在芯片和基板之間的流動越來越困難,通常需要真空輔助,而且需要將底填料中的熔融石英填充材料控制在非常小的尺寸。因此,鍵合后底填充越來 越無法滿足細(xì)節(jié)距和極細(xì)節(jié)距芯片的使用要求[12]。

3. 2   鍵合前底填充

       為了避免鍵合后底填充工藝的缺點,鍵合前底填充工藝得到了廣泛研究。晶圓鍵合機鍵合前底填充即在 FC 芯片與基板進行鍵合前進行底部填充。鍵合前底填充通過將無流動底填料  ( No-Flow Underfill, NUF) 、絕緣膏  ( Nonconductive Paste,NCP)  或絕緣薄膜  ( Nonconductive Film,NCF)   涂覆在基板或芯片表面,如圖 12 所示,再將芯片與基板倒裝, 晶圓鍵合機采用熱壓鍵合的方法進行鍵合[12]。

鍵合后底填充工藝

圖 12 鍵合后底填充工藝

Fig. 12 Process of post-assembly underfill

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