一文看懂芯片的封装工艺（先进封装篇1：倒装封

先介绍一下倒装封装。

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倒装封装（Flip Chip）

业界普遍认为，倒装封装是传统封装和先进封装的分界点。

上期我们提到，芯片封装发展的第三阶段（1990年代），代表类型是BGA（球形阵列）封装。早期的BGA封装，是WB（Wire Bonding，引线） BGA，属于传统封装。

后来，芯片的体积越来越小，而单颗芯片内的焊盘数量越来越多（接近或超过1000个）。传统的引线封装，已经无法满足要求。

于是，采用倒装技术替换焊线的FC BGA封装，就出现了。

所谓“倒装”，就是在晶粒上创造一些由焊料制成的“凸点”或“球”。然后，把晶粒反转过来，让凸点对准基板上的焊盘，直接扣在基板上。

通过加热，让熔融的凸点与基板焊盘相结合，实现晶粒与基板的结合。

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WB BGA与FC BGA

我们来看看具体的工艺流程。

以FC BGA为例。前面减薄、切割、清洗、光检，和WB BGA（传统封装）差不多。

要把晶粒与基板连在一起（后面会说，这叫“键合”），开始不一样了。

第一步，是凸点制作（Bumping）。

倒装封装包括热超声、回流焊和热压三种工艺，其凸点分别使用金球、锡球和铜柱。

热超声，是在超声和温度的共同作用下, 将金凸点“粘”在基板的焊盘上。这种方式，适用于I/O密度较小的芯片。

回流焊，是在锡凸点表面涂覆助焊剂，再通过热回流加热，进行焊接。这种方式也适合I/O密度较小（凸点间距40-50μm）的芯片。

热压（Thermal Compression Bonding，TCB），采用高深宽比、小尺寸的铜柱凸点，直接加热粘结。这种方式能够实现高密度互联，适用于I/O密度较大（凸点间距40-10μm）的芯片。

金凸点的成本高。相比之下，铜柱凸点的电性能、散热性能比较好，制备难度均衡，成本也比较低，所以用得比较多。

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电子显微镜下的凸点

制作凸点的流程比较复杂。其实说白了，就是前面晶圆制造时的那套工艺，例如沉积、光刻、刻蚀等。

沉积包括UBM（Under Bump Metallization，凸点下金属化层）的沉积和凸点本身的沉积。UBM位于凸点与芯片焊盘（金属垫，Al pad铝垫层）之间，起到增强凸点附着力、提高电导率和热导率的作用。

UBM的沉积，通常采用溅射（Sputtering）、化学镀（Electroless）、电镀（Electroplating）的方式实现。

凸点本身的沉积，通常采用电镀、印刷、蒸镀、植球的方式实现（前两者比较常见）。