（Flip-Chip）倒装焊芯片原理

来源：IC解密结构和I/O端（锡球）方向朝下，由于I/O引出端分布于整个芯片表面，故在封装密度和处理速度上Flip chip已达到顶峰，特别是它可以采用类似SMT 技术的手段来加工，因此是芯片封装技术及高密度安装的最终方向。
　　Flip Chip既是一种芯片互连技术，又是一种理想的芯片粘接技术．早在30年前IBM公司已研发使用了这项技术。但直到近几年来，Flip-Chip已成为高端器件及高密度封装领域中经常采用的封装形式。今天，Flip-Chip封装技术的应用范围日益广泛，封装形式更趋多样化，对Flip-Chip封装技术的要求也随之提高。同时，Flip-Chip也向制造者提出了一系列新的严峻挑战，为这项复杂的技术提供封装，组装及测试的可靠支持。以往的一级封闭技术都是将芯片的有源区面朝上，背对基板和贴后键合，如引线健合和载带自动健全（ＴＡＢ）。ＦＣ则将芯片有源区面对基板，通过芯片上呈阵列排列的焊料凸点实现芯片与衬底的互连．硅片直接以倒扣方式安装到ＰＣＢ从硅片向四周引出Ｉ／Ｏ，互联的长度大大缩短，减小了ＲＣ延迟，有效地提高了电性能．显然，这种芯片互连方式能提供更高的Ｉ／Ｏ密度．倒装占有面积几乎与芯片大小一致．在所有表面安装技术中，倒装芯片可以达到最小、最薄的封装。
　　倒装片连接有三种主要类型Ｃ４(Controlled Collapse Chip Connection)、ＤＣＡ(Direct chip attach)和ＦＣＡＡ(Flip Chip Adhesive Attachement)。
　　Ｃ４是类似超细间距ＢＧＡ的一种形式与硅片连接的焊球阵列一般的间距为0.23、 0.254mm。焊球直径为0.102、0.127mm。焊球组份为97Pb/3Sn。这些焊球在硅片上可以呈完全分布或部分分布。
　　由于陶瓷可以承受较高的回流温度，因此陶瓷被用来作为Ｃ４连接的基材，通常是在陶瓷的表面上预先分布有镀Au或Sn的连接盘，然后进行Ｃ４形式的倒装片连接。Ｃ４连接的优点在于：
　　１）具有优良的电性能和热特性
　　２）在中等焊球间距的情况下，Ｉ／Ｏ数可以很高３）不受焊盘尺寸的限制
　　４）可以适于批量生产
　　５）可大大减小尺寸和重量
　　ＤＣＡ和Ｃ４类似是一种超细间距连接。ＤＣＡ的硅片和Ｃ４连接中的硅片结构相同，两者之间的唯一区别在于基材的选择。ＤＣＡ采用的基材是典型的印制材料.ＤＣＡ的焊球组份是97Pb/Sn，连接焊接盘上的焊料是共晶焊料（37Pb/63Sn)。对于ＤＣＡ由于间距仅为0.203、0.254mm共晶焊料漏印到连接焊盘上相当困难，所以取代焊膏漏印这种方式，在组装前给连接焊盘顶镀上铅锡焊料，焊盘上的焊料体积要求十分严格，通常要比其它超细间距元件所用的焊料多。在连接焊盘上0.051、0.102mm厚的焊料由于是预镀的，一般略呈圆顶状，必须要在贴片前整平，否则会影响焊球和焊盘的可靠对位。
　　ＦＣＡＡ连接存在多种形式，当前仍处于初期开发阶段。硅片与基材之间的连接不采用焊料，而是用胶来代替。这种连接中的硅片底部可以有焊球，也可以采用焊料凸点等结构。ＦＣＡＡ所用的胶包括各向同性和各向异性等多种类型，主要取决于实际应用中的连接状况，另外，基材的选用通常有陶瓷，印刷板材料和柔性电路电路板。倒装芯片技术是当今最先进的微电子 封装技术之一。它将电路组装密度提升到了一个新高度，随着２１世纪电子产品体积的进一步缩小，倒装芯片的应用将会越来越广泛。
　　Flip-Chip封装技术与传统的引线键合工艺相比具有许多明显的优点,包括,优越的电学及热学性能,高I/O引脚数，封装尺寸减小等。
　　Flip-Chip封装技术的热学性能明显优越于常规使用的引线键合工艺。如今许多电子器件；ASIC，微处理器 ，SOC等封装耗散功率10-25W，甚至更大。而增强散热型引线键合的BGA器件的耗散功率仅5-10W。按照工作条件，散热要求（最大结温），环境温度及空气流量，封装参数（如使用外装热沉，封装及尺寸，基板层数，球引脚数）等，相比之下，Flip-Chip封装通常能产生25W耗散功率。
　　Flip-Chip封装杰出的热学性能是由低热阻的散热盘及结构决定的。芯片产生的热量通过散热球脚，内部及外部的热沉实现热量耗散。散热盘与芯片面的紧密接触得到低的结温（θjc）。为减少散热盘与芯片间的热阻，在两者之间使用高导热胶体。使得封装内热量更容易耗散。为更进一步改进散热性能，外部热沉可直接安装在散热盘上，以获得封装低的结温（θjc）。
　　Flip-Chip封装另一个重要优点是电学性能。引线键合工艺已成为高频及某些应用的瓶颈，使用Flip-Chip封装技术改进了电学性能。如今许多电子器件工作在高频，因此信号的完整性是一个重要因素。在过去，2-3GHZ是IC封装的频率上限，Flip-Chip封装根据使用的基板技术可高达10-40 GHZ 。