倒装芯片技术的最新进展和新趋势

2017-06-01 Tensilica技术社区 (http://tensilica.eefocus.com/)
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底部填充/可靠性
 
倒装芯片焊点的可靠性通过应用底层填料,特别是在有机衬底上得到提高。大多数底层填料由低膨胀填料如熔融二氧化硅(SiO 2)和可固化成固体复合材料的液态预聚物如热固性树脂(粘合剂)组成。
1987年,日立公司表示,在底部填充下,陶瓷衬底上的倒装芯片焊点的热疲劳寿命增加。 1992年,IBM在Yasu提出使用低成本有机衬底,而不是用于倒装芯片组件的高成本陶瓷衬底[35-37]。他们表明,在底部填充的情况下,硅芯片(2.5×10-6 /℃)和有机基板(15-18×10-6 /℃)之间的大的热膨胀失配大大降低,焊点可靠适用于大多数应用。这为当今非常受欢迎的焊接倒装芯片(例如在个人计算机,笔记本电脑,智能手机,平板电脑等处理器中使用的低成本有机基板封装)开启了门。
基本上,应用底部填充剂有两个不同的步骤,即预组装底部填充物和组装后底部填充物。
 
组装后底漆。
 
对于组装后底部填充,底部填充的应用是在倒装芯片组装之后,即倒装芯片已经在基板上,并且焊点已经被质量回流(具有C2或C4凸块)或具有C2的低力TCB颠簸。
对于组装后底部填充物,基本上有两种方法,即CUF和MUF。 CUF是批量生产的第一种方法。对于CUF,底部填充物通过针或喷射w / o真空辅助在衬底组件上的倒装芯片的一个(或两个)侧上分配。由于毛细作用,该底部填充物完全填满了芯片,焊点和基板之间的空间。然后通过固化底部填充剂将芯片和基底牢固地粘合。 CUF一次执行一个芯片组合,因此吞吐量是一个问题。
成型底部填充物由Cookson Electronics于2000年首次提出,后来由Dexter,Intel,Amkor,STATSChipPAC和LETI / STMicroelectronics提出。对于MUF,改进的EMC转移成型芯片并填充芯片,焊点和倒装芯片组件的基板之间的间隙。同时形成芯片和底部填料的密封剂,这将增加生产量。然而,MUF的挑战是:(a)芯片和基板之间的MUF流动通常由真空辅助,(b)EMC的二氧化硅填料的尺寸对于流动性必须非常小,(c) EMC对于MUF的成本远高于封装成型,(d)由于EMC,芯片和基板之间的热膨胀不匹配,封装翘曲是一个问题,(e)成型温度受到熔点的限制焊接点,(f)焊点的间隔高度和间距不能太小。
为了提高CUF的吞吐量,避免了MUF的缺点,Lau等人提出了一种后装填填充方法。其中模板被设计用于在有机面板和Si晶片组件上打印用于倒装芯片的底部填充材料,如图1所示。可以看出:(a)模板的非常小的矩形开口被设计用于每个芯片,并且它位于芯片的一个边缘上; (b)模板在其下方具有许多矩形开口的干膜(每个芯片一个),尺寸稍大于芯片尺寸;和(c)在模板和芯片的背面之间存在间隙。在打印过程中,如图27(b)所示,底部填充物将填充模板的开口并落入芯片的一个边缘与干膜之间的空间中。打印后(通常只需几秒钟),从模板打印机中取出组件,并将其放在热板(〜120°C)上,底层填料在芯片,焊料之间流动接头和毛细管作用的底物。最后,治好底部填充物。
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底部填充系统的新模板印刷。 (a)打印前,(b)打印期间,(c)印刷后,(d)毛细管作用后。
 
测试芯片如图1所示。图28(a)。可以看出,芯片尺寸为5mm×5mm×150μm,并且具有160μm间距的31×31(961)Cu柱+ SnAg焊料凸块。 Cu柱的直径为40μm,高度为25μm,SnAg焊帽为17μm。测试有机面板基板如图1所示。图28(b)。尺寸为240mm×63mm×0.32mm。共有36个单位,每个单位的尺寸为15.4 mm×15.4 mm×0.32 mm。每个芯片上都有焊盘和痕迹。 OSP铜焊盘的直径为80μm,为320μm间距。迹线(引线)宽度为25μm,为BOL。图29示出了用于有机面板组件上的倒装芯片的模版印刷底部填充物的典型横截面。可以看出:(a)芯片边缘的底部填充片被清楚地显示出来; (b)芯片,焊点和基板之间的底部填充物没有空隙,并被适当地加工;和(c)有机基底上的Cu焊盘(BOP)和引线(BOL)上的焊点看起来非常好。
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图28(a)具有Cu柱+ SnAg焊帽的测试芯片和(b)有机面板衬底
 
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图29(a)X射线图像和(b)有机面板组件上的倒装芯片的模版印刷底部填充物的典型横截面
 
组装前底部填充物
 
对于预组装底部填充,底层填料的应用在衬底或晶片上,并且在倒装芯片组装之前。 首先由GIT提出了底物填充的C4凸块的焊接回流,称为NUF。 具有非导电浆料(TC-NCP)的C2凸块的高粘合力TCB在基底上底部填充, 24(c)首先由Amkor研究,并被用于组装高通的SNAPDRAGON应用处理器,用于三星的Galaxy智能手机,如图所示。 NUF和NCP底部填充物可以旋转,用针分配或真空辅助。
 
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三星智能手机30 PoP C2倒装芯片是在封装基板(TC-NCP)上具有高强度的TCB。
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