江苏华创微系统取得倒装芯片与底层芯片的堆叠结构的制备方法专利

金融界2024年9月26日消息，国家知识产权局信息显示，江苏华创微系统有限公司取得一项名为“倒装芯片与底层芯片的堆叠结构的制备方法”的专利，授权公告号CN 115410929 B，申请日期为2022年10月。

本文源自金融界

什么是倒装芯片？

这一篇继续聊半导体加工工艺，越来越多的人在接触半导体，也将有越来越多的人进入到这个行业，与这个行业打交道。

随着国家半导体行业的发展，从事制造业的人将或多或少进入到半导体行业，于是整理一些资料来聊一聊半导体加工工艺。

首先，如果大家手上有一颗芯片，要把这个芯片固定在电路板或其他基板上，实现芯片性能的正常输出，可以采用的方法有哪些？

最常见的方法有三种：

第一种是通过引线连接，采用导电性好的金丝将芯片管脚与电路相连接，称为wire bonding。

第二种是管脚贴合技术，将金丝转换成铜箔，铜箔与芯片管脚的凸点贴合，称为TAB。

第三种是倒装技术，是将芯片上导电的凸点与电路板上的凸点通过一定工艺连接起来，称为Flip chip。

由于半导体越来越集成化，体积越来越小，性能越来越高，于是倒焊技术越来越广泛的得到了应用。

这一篇，就来介绍一下芯片倒装技术。

芯片倒装的英文名称叫Flip Chip，就是让芯片的接触点与基板、载体、电路板相连，在相连的过程中，由于芯片的凸点是朝下连接，因此称为倒装。

倒装也是和普通元器件朝上放置相比较而言的，也称为DCA（Direct chip attach）.

倒装芯片的示意图如下：

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，上图中芯片Chip和PCB板通过倒装技术连接在一起。

日常中常见到了电子元器件很多都采用了倒装焊接技术，比如我们电脑中的内存条。

如果将内存条从截面剖开，芯片与电路板便是采用的倒装连接技术。

倒装芯片主要通过四个步骤完成：

第一步：凸点底部金属化 (UBM=under bump metallization)

凸点金属化是为了将半导体中P-N结的性能引出，其中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。

UBM的沉积方法主要有：

溅射： 用溅射的方法一层一层地在硅片上沉积薄膜，然后通过照相平版技术形成UBM图样，然后刻蚀掉不是图样的部分。

蒸镀： 利用掩模，通过蒸镀的方法在硅片上一层一层地沉积。这种选择性的沉积用的掩模可用于对应的凸点的形成之中。

化学镀: 采用化学镀的方法在Al焊盘上选择性地镀Ni。常常用锌酸盐工艺对Al表面进行处理。无需真空及图样刻蚀设备，低成本。

这部分是形成凸点，可以看做给P-N结做电极，类似于给电池加工一个输出端。

常见的6种形成凸点形成办法:

以典型的电镀焊料凸点来看，其加工示意图如下：

完成后的凸点在扫描电子显微镜下观察，微观形态是一个体型均匀的金属球。

下图是凸点形成前后的对比，回流加热前为圆柱体，加热后金属材料融化，形成球形融化电极。

第三步：将已经凸点的晶片组装到基板／板卡上

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℃左右，这样才能使材料充分软化，同时促进连接过程中的扩散作用。

第四步：使用非导电材料填充芯片底部孔隙

填充时，将倒装芯片与基板加热到70至75℃，利用装有填料的L形注射器，沿着芯片的边缘双向注射填料。由于缝隙的毛细管的虹吸作用，填料被吸入，并向中心流动。芯片边缘有阻挡物，以防止流出。有的使用基板倾斜的方法以利于流动。

填充完毕后，在烘箱中分段升温，达到130 ℃左右的固化温度后，保持3到4小时即可达完全固化。

下面是填胶示意图：

填胶完成后的芯片和基板稳定的结合在一起，完成后的示意图：

经过以上的四步工序，完成了芯片与基体的倒装连接，虽然介绍起来并不复杂，但要完整完成这几部工序依然是件系统的工程！

关于芯片倒装技术先介绍这么多吧，下次再聊！

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