??? 近年来微电子技术得到了迅速发展，芯片性能按每十八个月翻一番的速度发展，与此同时，芯片的制作成本也在不断降低，然而封装成本却下降不多。在某些产品中，封装已成为整个芯片生产中成本最高的环节。因此，封装已受到越来越多的重视。事实上，传统的封装技术正成为制约电路性能提高的瓶颈，随着人们对电子产品快速、高性能、小尺寸及低价格的需求，各种新型的封装技术应运而生，从几年前主流的BGA（球栅阵列）到如今十分热门的CSP（芯片尺寸封装），可谓是五花八门，种类繁多。举一例说明，韩国的Amkor公司目前是全球最大的封装代工制造商，五年前他们的封装类型就有200种之多，现在已达到600种。在这些最新的封装技术中，Flip-Chip（倒装芯片，简称FC）技术格外引人注目，因为它是实现真正意义上的CSP（即1x CSP）的一种很好的途径，而FC技术的关键就是芯片凸点技术。

什么是Flip-Chip

??? 众所周知，常规芯片封装流程中包含粘片、引线键合两个关键工序，而FC则合二为一，它是直接通过芯片上呈阵列排布的凸点来实现芯片与封装衬底（或电路板）的互连。由于芯片是倒扣在封装衬底上，与常规封装芯片放置方向相反，故称Flip-Chip。

??? 与常规的引线键合相比，FC由于采用了凸点结构，互连长度更短，互连线电阻、电感值更小，封装的电性能明显改善。此外，芯片中产生的热量还可通过焊料凸点直接传输至封装衬底，加上芯片衬底加装散热器的通常散热方式，芯片将更“酷”。

??????? FC最主要的优点是拥有最高密度的I/O数，这是其他两种芯片互连技术TAB（载带自动键合）和WB（引线键合）所无法比拟的。这要归功于FC芯片的PAD（焊盘）阵列排布，它是将芯片上原本是周边排布的PAD进行再布局，最终以阵列方式引出。据报道，采用这种方式可获得直径25μm、中心间距60μm的 128×128个凸点。而TAB和WB中的PAD均为周边排布。与BGA一样，它要求多层布线封装衬底（或电路板）与之匹配。

??????? FC的组装工艺与BGA类似，其关键是芯片凸点与衬底焊盘的对位。凸点越小，间距越密，对位越困难，通常需要借助专用设备来精确定位。但对焊料凸点而言，由于焊料表面张力的存在，焊料在回流过程中会出现一种自对准现象，使凸点和衬底焊盘自动对准，即使两者之间位置有较大的偏差，通常都不会影响FC的对位。这也是FC封装倍受欢迎的一个重要原因。

??????? FC既是一种高密度芯片互连技术，同时还是一种理想的芯片粘结技术。正因为如此，它在CSP及常规封装（BGA、PGA）中都得到了广泛的应用。例如，Intel公司的PII及PIII芯片就是采用FC互连方式组装到FC-PBGA、FC-PGA中的。而Flip Chip技术公司的FC-DCA则是一种超级CSP。

??? 严格的讲，FC技术由来已久，并不是一项新技术。早在1969年，IBM就发明了C4技术，C4是Controlled -Collapse-Chip-Connection（可控塌陷芯片连接）的缩写，这就是最早的FC（见图1）。C4技术最初是IBM为自己的大型计算机主机所开发的一种高可靠的封装技术。C4芯片具有优良的电学、热学性能，封装疲劳寿命至少提高10倍以上。

图1? IBM? C4的结构

??????? 30年来，IBM生产了100亿件以上的C4产品，MTBF超过了10万小时，该技术采用了高铅的Pb/Sn焊料制作凸点，如今又称焊料凸点FC。C4作为IBM的专利，一开始是用于高端领域，因此在业界并没有得到大范围推广。直到九十年代，随着各种新型封装技术的出现，FC技术才真正被广泛采纳，形式各异的FC产品也陆续登场。

Flip-Chip的基本结构

??????? FC基本上可分为焊料凸点FC和非焊料凸点FC两大类。尽管如此，其基本结构是一样的，即每一个FC都是由IC、UBM（凸点下金属化）和Bump（凸点）组成。

图2是一个典型的焊料凸点FC结构示意图。

图2?? 典型的焊料凸点FC结构

??? 图中，IC为普通的硅芯片，UBM是指芯片焊盘和凸点之间的金属过渡层。UBM一般为多层结构，由粘附层、阻挡层和金属连接层组成。Bump则是FC与PCB电连接的唯一通道，也是FC技术中最富吸引力之所在。

UBM的制作

??? 能用来制作UBM的材料是很多的，主要有Cr、Ni、V、Ti/W、Cu和Au等。同样，制作UBM的方法也不少，最常用的有溅射、蒸发、电镀和化学镀等几种。其中，采用溅射/蒸发、电镀工艺制作UBM需要较大的设备投入，成本高，同时其生产效率也相当高。而采用化学镀方法，成本则低得多，据预测将成为今后的发展方向。目前使用较广泛的Ni/Au UBM就是采用的化学镀方法。

几种不同的凸点

??? 由于制作方法的不同，凸点大致可分为焊料凸点、金凸点及聚合物凸点三大类。

焊料凸点（Solder Ball Bump）

凸点材料为含Pb焊料，一般有高Pb（90Pb/10Sn）和共晶（37Pb/63Sn）两种。

金凸点（Au Stud Bump）

凸点材料可以是Au 和Cu，通常是采用电镀方法形成厚度为20μm左右的Au 或Cu Stud，Au Stud还可以采用金丝球焊的方法形成。

聚合物凸点（Polymer Bump）

PFC（Polymer Flip Chip的缩写）是Polymer Flip Chip Cor.的专利产品，它采用导电聚合物制作凸点，设备和工艺相对简单，是一种高效、低成本的FC。

??? 由于组装工艺简单，焊料凸点技术应用最为广泛;金凸点虽然制作工艺较焊料凸点简单，但组装中需要专门的定位设备和专用粘接材料，如ACF（各向异性导电薄膜），因此多用于产品开发阶段;而PFC作为一种新兴起的FC，现时评价尚为时过早。

焊料凸点的制作

??? 焊料凸点FC因其优良的电、热性能及组装简便等诸多优点，吸引了业界广泛的关注，人们在不断的开发各种各样的凸点制造技术。

电镀凸点

这是最常用的凸点制造技术。

?印刷凸点

这种方法实际上就是SMT工艺中的丝网印刷技术。众所周知，精密丝网印刷的分辨率一般在0.3-0.4mm，低于0.3 mm时会带来许多缺陷。而采用该方法印刷焊料凸点，间距通常为0.254mm和0.304mm。这就对丝网、刮刀及印刷机等提出了更高的要求。

喷射凸点

??? 喷射凸点，又称MJT（Metal Jetting Technology，金属喷射技术），是一种创新的焊料凸点形成技术，它借鉴了计算机打印机技术中广泛使用的喷墨技术。熔融的焊料在一定压力的作用下，形成连续的焊料滴，通过静电控制，可以使焊料微滴精确的滴落在所需位置。

??? 该技术制作焊料凸点具有极高的效率，喷射速度可高达44000滴/秒。它有望成为一种工业标准。

国内现状及对策

??? 同芯片制造技术一样，我们在微电子封装技术方面与国外存在相当大的差距。虽然早在七十年代，国内就有人作过凸点试验，但没有成功。据悉信息产业部43所开发出了焊料凸点，但仅仅是处于实验室阶段，尚未用于正式产品中。目前国内芯片的封装形式主要还是DIP、SOP、PQFP、PLCC和少量的CPGA，而国外普遍采用的μBGA、CSP等先进封装形式，国内基本空白（不包括国外在华的一些独资企业）。

??? 究其原因，关键在于人们对封装的认识不足，多年来，“重前道，轻后道”已是一个不争的事实。虽然，“八·五”、“九·五”期间，国家加大了对封装产业的投入，但从整个微电子产业的发展角度来看，是很不协调的。尽管国内一些著名的大学，如清华、复旦已纷纷开展微电子封装的研究，但真正从事新型封装技术开发的则很少。这种局面对于提升我国微电子封装技术整体水平是不利的。

??????? FC技术作为一种趋势，我们迟早总要掌握，宜早不宜迟，因为与芯片制造技术相比，工艺升级一代，其设备投入是相当可观的，而引进一项封装技术的投资则低很多。

??? 鉴于目前国内微电子封装还相当落后，一方面，通过引进的方法，洋为我用，以最快的速度掌握最先进的技术。如采用化学镀方法制作Ni/Au UBM的焊料凸点技术是一种较成熟的低成本FC技术，容易实现量产化，可重点考虑。另一方面，加强产学研的合作，强强联合，充分发挥我们大学的人才优势，力争在微电子封装技术领域拥有一席之地。■