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在微系統集成中使用的倒裝芯片工藝技術(底填充工藝)

發布時間: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 技術焊打開了大門,使 FC 技術的應用更加廣泛,例如可以應用在個人電腦、筆記本電腦、智能手機、平板電腦等設備的處理器中。

       大多數底填料是由低膨脹填充材料如熔融石英和液體預聚物如熱固性樹脂 ( 粘合劑) 組成的,均可固化為固體復合材料。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 芯片已經在基板上并且焊點已經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,即毛細管底填充  ( 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 ( 或兩側) 用針頭或噴嘴滴涂底填膠,再通過毛細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縫的毛細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 越無法滿足細節距和極細節距芯片的使用要求[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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