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摘要：倒装芯片在产品成本，性能及满足高密度封装等方面 体现出优势，它应用也徐徐成为主流。由于倒装芯片 尺寸小，要保证高精度高产量高重复性，这给咱们老式 设备及工艺带来了挑战。
器件小型化高密度封装形式越来越多，如多模块封装（ MCM ）、系统封装（ SiP ）、倒装芯 片（ FC ， Flip-Chip ）等应用得越来越多。这些 技术浮现更加模糊了一级封装与二级装配之间界线。毋庸置疑，随着小型化高密度封装浮现，对高速与高精度装 配规定变得更加核心，有关组装设备和工艺也更具先进性与高灵活性。
由于倒装芯片比 BGA 或 CSP 具备更小外形尺寸、更小球径和球间距、它对植球工艺、基板技术、材料兼容性、制造工艺，以及检查设备和办法提出了前所未有挑战。
倒装芯片发展历史
倒装芯片定义
什么器件被称为倒装芯片？普通来说，此类器件具备 如下特点：
1. 基材是硅；
2. 电气面及焊凸在器件下表面；
3. 球间距普通为 4-14mil 、球径为 2.5-8mil 、外形尺寸为 1 -27mm ；
4. 组装在基板上后需要做底部填充。
其实，倒装芯片之因此被称为“倒装”，是相对于老式金属线键合连接方式（Wire Bonding）与植球后工艺而言。老式通过金属线键合与基板连接芯片电气面朝 上（图1），而倒装芯片电气面朝下（图2），相称于将 前者翻转过来，故称其为“倒装芯片”。在圆片（Wafer） 上芯片植完球后（图3），需要将其翻转，送入贴片机，便于贴装，也由于这一翻转过程，而被称为“倒装芯片”。
图1
图2
图3
倒装芯片历史及其应用
倒装芯片在1964年开始浮现，1969年由IBM创造了倒 装芯片C4工艺（Controlled Collapse Chip Connection， 可控坍塌芯片联接）。过去只是比较少量特殊应用，近 几年倒装芯片已经成为高性能封装互连办法，它应用 得到比较广泛迅速发展。当前倒装芯片重要应用在Wi- Fi、SiP、MCM、图像传感器、微解决器、硬盘驱动器、医用传感器，以及RFID等方面（图5）。
图4
图5
与此同步，它已经成为小型I/O应用有效互连解决方案。随着微型化及人们已 接受SiP，倒装芯片被视为各种针脚数量低应用首选办法。从整体上看，其在低端应用和高品位应用中采用，根 据TechSearch International Inc对市场容量预测，焊球凸点倒装芯片年复合增长率（CAGR）将达到31%。
倒装芯片应用直接驱动力来自于其优良电气性能，以及市场对终端产品尺寸和成本规定。在功率及电 信号分派，减少信号噪音方面体现出众，同步又能满足高密度封装或装配规定。可以预见，其应用会越来越广泛。
倒装芯片组装工艺流程
普通混合组装工艺流程
在半导体后端组装工厂中，当前有两种模块组装办法。在两次回流焊工艺中，先在单独SMT生产线上组装SMT器件，该生产线由丝网印刷机、贴片机和第一种回 流焊炉构成。然后再通过第二条生产线解决某些组装模块，该生产线由倒装芯片贴片机和回流焊炉构成。底部填 充工艺在专用底部填充生产线中完毕，或与倒装芯片生产线结合完毕。
图6
倒装芯片装配工艺流程简介
相对于其他IC器件，如BGA、CSP等，倒装芯片 装配工艺有其特殊性，该工艺引入了助焊剂工艺和底部填充工艺。由于助焊剂残留物（对可靠性影响）及桥连 危险，将倒装芯片贴装于锡膏上不是一种可采用装配办法。业内推出了无需清洁助焊剂，芯片浸蘸助焊剂工艺成为广泛使用助焊技术。当前重要代替办法是使用免洗助焊剂，将器件浸蘸在助焊剂薄膜里让器件焊球蘸取一 定量助焊剂，再将器件贴装在基板上，然后回流焊接；或者将助焊剂预先施加在基板上，再贴装器件与回流焊 接。助焊剂在回流之前起到固定器件作用，回流过程中起到润湿焊接表面增强可焊性作用。
倒装芯片焊接完毕后，需要在器件底部和基板之间填充一种胶（普通为环氧树酯材料）。底部填充分为于“毛细流动原理”流动性和非流动性（No-follow）底部填充。
上述倒装芯片组装工艺是针对C4器件（器件焊凸材料为SnPb、SnAg、SnCu或SnAgCu）而言。此外一种工艺是 运用各向异性导电胶（ACF）来装配倒装芯片。预先在基板上施加异性导电胶，贴片头用较高压力将器件贴装在基板 上，同步对器件加热，使导电胶固化。该工艺规定贴片机具备非常高精度，同步贴片头具备大压力及加热功能。 对于非C4器件（其焊凸材料为Au或其他）装配，趋向采用此工艺。这里，咱们重要讨论C4工艺，下表列出是倒装芯片植球（Bumping）和在基板上连接几种方式。
倒装倒装芯片几何尺寸可以用一种“小”字来形容：焊球直径小（小到0.05mm），焊球间距小（小到0.1mm），外形尺寸小（1mm2）。要获得满意装配良率，给贴装设备及其工艺带来了挑战，随着焊球直径缩小，贴装精度规定越来越高，当前12μm甚至10μm精度越来越常用。贴片设备照像机图形解决能力也十分核心，小球径小球间距需要更高像素像机来解决。
随着时间推移，高性能芯片尺寸不断增大，焊凸（Solder Bump）数量不断提高，基板变得越来越薄，为了提高产品可靠性底部填充成为必要。
图7
图8
对贴装压力控制规定
考虑到倒装芯片基材是比较脆硅，若在取料、助焊剂浸蘸过程中施以较大压力容易将其压裂，同步细小焊凸在此过程中也容易压变形，因此尽量使用比较低贴装压力。普通规定在150g左右。对于超薄形芯片，如0.3mm，有时甚至规定贴装压力控制在35g。
对贴装精度及稳定性规定
对于球间距小到0.1mm器件，需要如何贴装精度才干达到较高良率？基板翘曲变形，阻焊膜窗口尺寸和位置偏差，以及机器精度等，都会影响到最后贴装精度。关于基板设计和制造状况对于贴装影响，咱们在此不作讨论，这里咱们只是来讨论机器贴装精度。
芯片装配工艺对贴装设备规定
为了回答上面问题，咱们来建立一种简朴假设模型：
1.假设倒装芯片焊凸为球形，基板上相应焊盘为圆形，且具备相似直径；
2.假设无基板翘曲变形及制造缺陷方面影响；
3.不考虑Theta和冲击影响；
4.在回流焊接过程中，器件具备自对中性，焊球与润湿面50%接触在焊接过程中可以被“拉正”。
那么，基于以上假设，直径25μm焊球如果其相应圆形焊盘直径为50μm时，左右位置偏差（X轴）或 先后位置偏差（Y轴）在焊盘尺寸50%，焊球都始终在焊盘上（图9）。对于焊球直径为25μm倒装芯片，工艺能力Cpk要达到1.33话，规定机器最小精度必要达到12μm@3sigma。
图9
对照像机和影像解决技术规定
要解决细小焊球间距倒装芯片影像，需要百万像素数码像机。较高像素数码像机有较高放大倍率， 但是，像素越高视像区域（FOV）越小，这意味着大器件也许需要多次“拍照”。照像机光源普通为发光二极 管，分为侧光源、前光源和轴向光源，并可以单独控制。倒装芯片成像光源采用侧光、前光，或两者结合。
那么，对于给定器件如何选取像机呢？这重要依赖图 像算法。譬如，区别一种焊球需要N个像素，则区别球间 距需要2N个像素。以环球仪器贴片机上Magellan数码像机为例，其区别一种焊球需要4个像素，咱们用来看不同 焊球间隙所规定最大像素应当是多大，这便于咱们根 据不同器件来选取相机，假设所有影像是实际物体尺寸75%。
倒装芯片基准点（Fiducial）影像解决与普通基准 点相似。倒装芯片贴装往往除整板基准点外（Global fiducial）会使用局部基准点（Local fiducial），此时基 准点会较小（0.15-1.0mm），像机选取参照上面方 法。对于光源选取需要斟酌，普通贴片头上相机光源 都是红光，在解决柔性电路板上基准点时效果很差，甚至找不到基准点，其因素是基准点表面（铜）颜色和基 板颜色非常接近，色差不明显。如果使用环球仪器蓝色光源专利技术就较好解决了此问题。
图10
吸嘴选取
由于倒装芯片基材是硅，上表面非常平整光滑，最佳选取头部是硬质塑料材料具多孔ESD吸嘴。如果选取头部 为橡胶吸嘴，随着橡胶老化，在贴片过程中也许会粘连器件，导致贴片偏移或带走器件。
对助焊剂应用单元规定
助焊剂应用单元是控制助焊剂浸蘸工艺重要某些， 其工作基本原理就是要获得设定厚度稳定助焊剂薄 膜，以便于器件各焊球蘸取助焊剂量一致。 要精准稳定控制助焊剂薄膜厚度，同步满足高速浸蘸规定，该助焊剂应用单元必要满足如下规定：
1.可以满足多枚器件同步浸蘸助焊剂（犹如步浸蘸4或7枚）提高产量；
2.助焊剂用单元应当简朴、易操作、易控制、易清洁；
3.可以解决很广泛助焊剂或锡膏，适合浸蘸工艺 助焊剂粘度范畴较宽，对于较稀和较粘助焊剂都 要能解决，并且获得膜厚要均匀；
4.蘸取工艺可以精准控制，浸蘸工艺参数因材料不同而会有差别，因此浸蘸过程工艺参数必要可以单独控制，如往下加速度、压力、停留时间、向上加速度等。
图11
对供料器规定
要满足批量高速高良率生产，供料技术也相称核心。倒装芯片包装方式重要有这样几种：2×2或4×4英 JEDEC盘、200mm或300mm圆片盘（Wafer）、尚有 卷带料盘（Reel）。相应供料器有：固定式料盘供料器 (Stationary tray feeder)，自动堆叠式送料器（Automated stackable feeder），圆片供料器（Wafer feeder），以及带式供料器。
所有这些供料技术必要具备精准高速供料能力，对于圆片供料器还规定其能解决各种器件包装方式，譬如： 器件包装可以是JEDEC盘、或裸片，甚至完毕芯片在机器内完毕翻转动作。
咱们来举例阐明几种供料器. Unovis裸晶供料器（DDF Direct Die Feeder）特点：
·可用于混合电路或感应器、多芯片模组、系统封装、RFID和3D装配
·圆片盘可以竖着进料、节约空间，一台机器可以安装多台DDF
·芯片可以在DDF内完毕翻转
·可以安装在各种贴片平台上，如：环球仪器、西门子 、安必昂、富士
对板支撑及定位系统规定
有些倒装芯片是应用在柔性电路板或薄型电路板上，这时候对基板平整支撑非常核心。解决方案往往会用到 载板和真空吸附系统，以形成一种平整支撑及精准定位系统，满足如下规定：
1.基板Z方向精准支撑控制，支撑高度编程调节；
2.提供客户化板支撑界面；
3.完整真空发生器；
4.可应用非原则及原则载板。
回流焊接及填料固化后检查
对完毕底部填充后来产品检查有非破坏性检查和破坏性检查，非破坏性检查有：
·运用光学显微镜进行外观检查，譬如检查填料在器件侧面爬升状况，与否形成良好边沿圆角，器件表面与否有脏污等
·运用X射线检查仪检查焊点与否短路，开路，偏移，润湿状况，焊点内空洞等
·电气测试（导通测试），可以测试电气联结与否有 问题。对于某些采用菊花链设计测试板，通过通断测试还可以拟定焊点失效位置
·运用超声波扫描显微镜（C-SAM）检查底部填充后 其中与否有空洞、分层，流动与否完整
破坏性检查可以对焊点或底部填料进行切片，结合光学显微镜，金相显微镜或电子扫描显微镜和能谱分析仪（SEM/EDX），检查焊点微观构造，例如，微裂纹/微孔，锡结晶，金属间化合物，焊接及润湿状况，底部填充 与否有空洞、裂纹、分层、流动与否完整等。
完毕回流焊接及底部填充工艺后产品常用缺陷有：焊点桥连/开路、焊点润湿不良、焊点空洞/气泡、焊点开裂/脆裂、底部填料和芯片分层和芯片破裂等。对于底部填充与否完整，填料内与否浮现空洞，裂纹和分层现象，需要超声波扫描显微镜（C-SAM）或通过与芯片底面平行 切片（Flat section）结合显微镜才干观测到，这给检查此 类缺陷增长了难度。
底部填充材料和芯片之间分层往往发生在应力最大 器件四个角落处或填料与焊点界面，如图13所示。
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泰戈尔说：我举目漫望着各处，尽情感受美世界，在我视力所及地方，布满了弥漫在天地之间乐曲。
【二】
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我相信所有人，都曾被一首歌感动过，或为其旋律，或某句歌词，或没有缘由，只是感动，有时候，咱们喜欢一首歌，并不是这首歌有多么好听，歌词写多么好，而是歌词写像自己，咱们开心时候听是音乐，伤心时候，慢慢懂得了歌词，而真正打动你不是歌词，而是在你生命中，关于那首歌故事……
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【三】
德国作曲家，维也纳古典音乐代表人贝多芬，49岁时已经完全失聪，然而，她成名曲【命运交响曲】却是震惊世界，震撼咱们心灵，在她音乐世界里，你能感受到生命悲怆，岁月波澜，和与命运抗衡，这就是音乐赋予力量！
贝多芬说：音乐是比一切智慧、一切哲学更高启示，谁能渗入我音乐意义，便能超脱寻常人无以自拔苦难。
其实，人生就是一次漫长旅行，一场艰难跋涉，无论碰见如何风景，繁华过后，终归平淡，无论碰见还是告别，相聚亦是别离，咱们都应当怀着感恩心，善待生命，善待自己……
每一首歌都是一种故事，每一段音乐都是一段过往，不知哪首歌里写满了你故事？哪段音乐有你最美回忆？想念一种人时候，与否在安静夜晚？悲哀时候，与否单曲循环？高兴时分，与否在音乐里手舞足蹈？
我喜欢音乐，没有任何理由，音乐是我灵魂伴侣，是我生活知己，它能懂我喜，伴我忧，随着着淡淡旋律，它便融入我生命，浸透我灵魂。
我喜欢音乐，音乐不但仅是一种艺术享有，还能丰富我生活，给我带来创作灵感，一首歌，或一句歌词，都是我写作素材，都是我灵感源泉，它犹如涓涓细流，汩汩流淌，令我思路翩翩，令我意象浓浓……
当我忧伤时候，我喜欢在音乐里漫步，当我高兴时候，我喜欢在音乐里起舞，当我迷茫困惑时候，唯有音乐，才是我最佳陪伴……
【四】
红尘喧嚣，世事沧桑，三千烟火，韶光迷离，咱们在尘世间行走，凡尘琐事总会困扰于心，我已经习惯了，将浅浅心事蕴藏在文字里，将淡淡忧伤释怀在音乐中，委婉旋律，环绕于耳，凄美歌词，萦绕于心， 当我累了，倦了，我只想置身于音乐海洋，忘掉凡尘，忘掉喧嚣，安静去听一首歌……
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