先进封装技术中有哪三大技术优势？详细介绍

发布时间：2023-08-24 👁 2647 Tags：FlipChip 晶圆级封装 2.5D封装

一、先进封装技术

Flip-Chip & Bumping

FlipChip指的是芯片倒装，以往的封装技术都是将芯片的有源区面朝上，背对基板和贴后键合。而FlipChip则将芯片有源区面对着基板，通过芯片上呈阵列排列的焊料凸点（Bumping）实现芯片与衬底的互联。硅片直接以倒扣方式安装到PCB从硅片向四周引出I/O，互联长度大大缩短，减小了RC（Resistance-Capacitance）延迟，有效的提高了电性能。

FlipChip的优势主要在于以下几点：小尺寸，功能增强（增加I/O数量），性能增强（互联短），提高了可靠性（倒装芯片可减少2/3的互联引脚数），提高了散热能力（芯片背面可以有效进行冷却）。

▼倒装芯片晶体贴装技术

►Bumping是一种新型的芯片与基板间电气互联的方式。

可以通过小的球形导电材料实现，这种导电球体被称为Bump，制作导电球这一工序被称为Bumping。当粘有Bump的晶粒被倒臵(Flip-Chip)并与基板对齐时，晶粒便很容易的实现了与基板Pad(触垫)的连接。相比传统的引线连接，Flip-Chip有着诸多的优势，比如更小的封装尺寸与更快的器件速度。

▼焊球端子和柱式端子

►FlipChip的关键一步是Bumping，可以通过在晶圆上制作外延材料来实现。

当芯片制作工序完成后，制造UBM（Underbumpmetallization）触垫将被用于实现芯片和电路的连接，Bump也会被淀积与触点之上。焊锡球（Solderball）是最常见的Bumping材料，但是根据不同的需求，金、银、铜、钴也是不错的选择。对于高密度的互联及细间距的应用，铜柱是一种新型的材料。焊锡球在连接的时候会扩散变形，而铜柱会很好的保持其原始形态，这也是铜柱能用于更密集封装的原因。

► FlipChip产品对应不同bumping类型增长速度不一。

根据Yole预测，采用倒装芯片技术的集成电路出货量将保持稳定增长，预计产能将以9.8%的复合年增长率扩张，从2014年的约合1600万片12寸晶圆增长到2020年的2800万片。终端应用主要为计算类芯片，如台式机和笔记本电脑的CPU、GPU和芯片组应用等。

►其中镀金晶圆凸点（Au-platedwaferbumping）将稳定增长，由于IC显示驱动器（4K2K超高清电视和高清晰度、大屏幕平板电脑和智能手机）的市场驱动。预计产能将以4%的复合年增长率扩大，从2014年的430万片增长到2020年的540万片。

►金钉头凸点（Austudbumping）产能将略有下滑，从2014年的30.4万片降到2020年的29.3万片，主要原因是射频器件从倒装芯片转移至晶圆级芯片尺寸封装（WLCSP）。但是，新兴应用的需求将增加，如CMOS图像传感器模组、高亮度LED等。

►中道封装技术需求增长，将带来行业上下游的跨界竞争。针对3DIC和2.5D中介层平台的“中端工艺（middleend-process）”基础设施的出现将使Fab和IDM受益，并在较小程度上分给OSAT。2.5D中介层平台的发展将会产生价值的转移，从衬底供应商转向前端代工厂。

二、先进封装优势

先进封装提高加工效率，提高设计效率，减少设计成本。

先进封装主要包括倒装类（FlipChip,Bumping），晶圆级封装（WLCSP，FOWLP，PLP），2.5D封装（Interposer）和3D封装（TSV）等。以晶圆级封装为例，产品生产以圆片形式批量生产，可以利用现有的晶圆制备设备，封装设计可以与芯片设计一次进行。这将缩短设计和生产周期，降低成本。

先进封装提高封装效率，降低产品成本。

随着后摩尔定律时代的到来，传统封装已经不再能满足需求。传统封装的封装效率（裸芯面积/基板面积）较低，存在很大改良的空间。芯片制程受限的情况下，改进封装便是另一条出路。举例来说，QFP封装效率最高为30%，那么70%的面积将被浪费。DIP、BGA浪费的面积会更多。

先进封装以更高效率、更低成本、更好性能为驱动。

先进封装技术于上世纪90年代出现，通过以点带线的方式实现电气互联，实现更高密度的集成，大大减小了对面积的浪费。SiP技术及PoP技术奠定了先进封装时代的开局，2D集成技术，如WaferLevelPackaging（WLP，晶圆级封装），Flip-Chip（倒晶），以及3D封装技术，ThroughSiliconVia（硅通孔，TSV）等技术的出现进一步缩小芯片间的连接距离，提高元器件的反应速度，未来将继续推进着先进封装发展的脚步。

三、先进芯片封装清洗：

研发的水基清洗剂配合合适的清洗工艺能为芯片封装前提供洁净的界面条件。

水基清洗的工艺和设备配置选择对清洗精密器件尤其重要，一旦选定，就会作为一个长期的使用和运行方式。水基清洗剂必须满足清洗、漂洗、干燥的全工艺流程。

污染物有多种，可归纳为离子型和非离子型两大类。离子型污染物接触到环境中的湿气，通电后发生电化学迁移，形成树枝状结构体，造成低电阻通路，破坏了电路板功能。非离子型污染物可穿透PC B 的绝缘层，在PCB板表层下生长枝晶。除了离子型和非离子型污染物，还有粒状污染物，例如焊料球、焊料槽内的浮点、灰尘、尘埃等，这些污染物会导致焊点质量降低、焊接时焊点拉尖、产生气孔、短路等等多种不良现象。

这么多污染物，到底哪些才是最备受关注的呢？助焊剂或锡膏普遍应用于回流焊和波峰焊工艺中，它们主要由溶剂、润湿剂、树脂、缓蚀剂和活化剂等多种成分，焊后必然存在热改性生成物，这些物质在所有污染物中的占据主导，从产品失效情况来而言，焊后残余物是影响产品质量最主要的影响因素，离子型残留物易引起电迁移使绝缘电阻下降，松香树脂残留物易吸附灰尘或杂质引发接触电阻增大，严重者导致开路失效，因此焊后必须进行严格的清洗，才能保障电路板的质量。

运用自身原创的产品技术，满足芯片封装工艺制程清洗的高难度技术要求，打破国外厂商在行业中的垄断地位，为芯片封装材料全面国产自主提供强有力的支持。

推荐使用水基清洗剂产品。

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