倒装晶片

原理

Flip chip 又称倒装片，是在I/O pad上沉积锡铅球，然后将晶片翻转加热利用熔融的锡铅球与陶瓷基板相结合此技术替换常规打线接合，逐渐成为未来的封装主流，当前主要套用于高时脉的CPU、GPU(GraphicProcessor Unit)及Chipset 等产品为主。与COB 相比，该封装形式的晶片结构和I/O端（锡球）方向朝下，由于I/O引出端分布于整个晶片表面，故在封装密度和处理速度上Flip chip已达到顶峰，特别是它可以採用类似SMT技术的手段来加工，因此是晶片封装技术及高密度安装的最终方向。　倒装片连线有三种主要类型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线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连线的基材，通常是在陶瓷的表面上预先分布有镀Au或Sn的连线盘，然后进行C4形式的倒装片连线。C4连线的优点在于：

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线。DCA的硅片和C4连线中的硅片结构相同，两者之间的唯一区别在于基材的选择。DCA採用的基材是典型的印製材料。DCA的焊球组份是97Pb/Sn，连线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共晶焊料漏印到连线焊盘上相当困难，所以取代焊膏漏印这种方式，在组装前给连线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。在连线焊盘上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连线存在多种形式，当前仍处于初期开发阶段。硅片与基材之间的连线不採用焊料，而是用胶来代替。这种连线中的硅片底部可以有焊球，也可以採用焊料凸点等结构。FCAA所用的胶包括各向同性和各向异性等多种类型，主要取决于实际套用中的连线状况，另外，基材的选用通常有陶瓷，印刷板材料和柔性电路板。倒装晶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，倒装晶片的套用将会越来越广泛。

特性

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。