倒装芯片示意图
在典型的倒装芯片封装中, 芯片通过3到5个密耳 (mil)厚的焊料凸点连接到芯片载体上，底部填 充材料用来保护焊料凸点.
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什么是倒装芯片？
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钉头金凸点
SBB（Stud Bond Bump）
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由此模型可知：
要提高可靠性必须要求：
更高的焊点高度 更小的晶片 器件与基板的热膨胀系数（Coefficient of Thermal Expansion, CTE）相配 小的工作温度变化范围
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第二步: 回流形成凸点
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第三步：倒装芯片组装
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倒装芯片历史
1. IBM1960年研制开发出在芯片上制作凸点的倒装芯片焊接工
艺技术。95Pb5Sn凸点包围着电镀NiAu的铜球。后来制作
PbSn凸点，使用可控塌焊连接（Controlled collapse Component Connection, C4），无铜球包围。
2. 3. 4. 5.
Philoc－ford等公司制作出Ag－Sn凸点 Fairchield——Al凸点
凸点
热压倒装芯片连接最合适的凸点材料是金，凸点可以通过传
统的电解镀金方法生成，或者采用钉头凸点方法，后者就是
引线键合技术中常用的凸点形成工艺。由于可以采用现成的
引线键合设备，因此无需配备昂贵的凸点加工设备，金引线
中应该加入1% 的Pd ，这样便于卡断凸点上部的引线。凸点 形成过程中，晶圆或者基板应该预热到150～ 200° C。
是材料充分软化，同时促进连接过程中的扩散作用。
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热压与热声倒装芯片示意图
热压和热声倒装芯片连接原理示意图
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钉头金凸点制作
Coining (level) Flat tail bump
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信号效果比较
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缺点－01
裸芯片很难测试 凸点芯片适应性有限 随着间距地减小和引脚数的增多导致PCB技术 面临挑战 必须使用X射线检测设备检测不可见的焊点 和SMT工艺相容性较差
Amelco——Au凸点
目前全世界的倒装芯片消耗量超过年60万片，且以约50％的 速度增长，3％的圆片用于倒装芯片凸点。几年后可望超过 20％。
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底部填充示意图
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倒装芯片工艺－通过热压焊接
在热压连接工艺中，芯片的凸点是通过加热、加压的 方法连接到基板的焊盘上。该工艺要求芯片或者基板上的凸 点为金凸点，同时还要有一个可与凸点连接的表面，如金或 铝。对于金凸点，一般连接温度在300 ° C 左右，这样才能
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倒装芯片工艺：通过焊料焊接－01
焊料沉积在基板焊盘上： 对于细间距连接，焊料通过电镀、焊料溅射或者 固体焊料等沉积方法。 很粘的焊剂可通过直接涂覆到基板上或者用芯片凸 点浸入的方法来保证粘附。 对于加大的间距（>0.4 mm ），可用模板印刷焊膏。
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电子制造技术基础
吴丰顺 博士/教授 武汉光电国家实验室
光电材料与微纳制造部
华中科技大学材料学院
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倒装芯片(Flip Chip)技术
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I/O 数比较
倒装芯片与扁平封装的引脚数比较
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钉头金凸点制作
Gold wire Gold ball Ball bonding Wire breaking
Gold stud bump
Coining (level)
Gold stud
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为什么使用倒装芯片?
倒装芯片技术的兴起是由于与其他的技术相比 ，在尺寸、外观、柔性、可靠性、以及成本等方面有
很大的优势。今天倒装芯片广泛用于电子表，手机，
便携机 ，磁盘、耳机，LCD以及大型机等各种电子 产品上。
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第一步：凸点下金属化
（UBM，under bump metallization）
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优点－01
小尺寸: 小的IC引脚图形 (只有扁平封装的5％）减小了高 度和重量。 功能增强: 使用倒装芯片能增加I/O 的数量。I/O 不像导线 键合中出于四周而收到数量的限制。面阵列使得在更小的空 间里进行更多信号、功率以及电源等地互连。一般的倒装芯 片焊盘可达400个。
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底部填充与否
有各种不同的倒装芯片互连工艺，但是其结构基本特点
都是芯片面朝下，而连接则使用金属凸点。而最终差别就是使 用底部填充与否。
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底部填充： 通过挤压将低粘度的环氧类物质填充到芯片底部，然 后加热固化。
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步 骤 示 意 图
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不同的倒装芯片连接方法
1. 焊料焊接
2. 热压焊接 3. 热声焊接 4. 粘胶连接
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Coffin-Manson 低周疲劳模型
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倒装芯片工艺：通过焊料焊接 －02
回流焊接： 芯片凸点放置于沉积了焊膏或者焊剂的焊盘上，整个
基板浸入再流焊炉。
清洗 ：焊剂残留。
测试：由于固化后不能维修，所以在填充前要进行测试。
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第四步：底部填充与固化
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不同的倒装芯片焊点
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第一部分
倒装芯片简介
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缺点－02
操作夹持裸晶片比较困难 要求很高的组装精度 目前使用底部填充要求一定的固化时间 有些基板可靠性较低 维修很困难或者不可能
倒装芯片组装就是通过芯片上的凸点直接将元器件朝 下互连到基板、载体或者电路板上。而导线键合是将芯片的 面朝上。