Flip Chip技術的定義

Flip Chip（倒裝芯片）技術是半導體行業中一種重要的封裝方法。它與傳統的封裝技術有所不同，在這種技術中，芯片的結構和I/O端（輸入/輸出端）方向朝下，芯片通過在I/O pad（焊盤）上沉積錫鉛球等方式形成凸塊（bump），然后將裸芯片翻轉過來使凸塊與基板直接連接，從而實現芯片與外部電路的連接。這種連接方式區別于wire bonding（引線鍵合）等傳統的互連方式，由于I/O引出端分布于整個芯片表面，所以在封裝密度和處理速度上能得到很大程度的提升，可達到3000個/cm2，是目前高密度集成封裝的主要形式之一，主要應用于高性能的CPU、GPU、FPGA、DSP等器件中 。

Flip Chip技術的原理

倒裝芯片封裝技術一般是采用平面工藝在集成電路芯片的I/O端制作無鉛焊點，將芯片上的焊點與基板上的焊盤進行對位、貼裝，然后使用焊料回流工藝在芯片和基板焊盤間形成焊球，再在芯片與基板間的空隙中填充底部填充膠，最終實現芯片與基板間的電、熱和機械連接。倒裝芯片連接有三種主要類型：C4（Controlled Collapse Chip Connection）、DCA（Direct chip attach）和FCAA（Flip chip Adhesive Attachment）。其中C4是類似超細間距BGA（Ball Grid Array，球柵陣列）的一種形式，與硅片連接的焊球陣列一般的間距為0.23mm、0.254mm等。以C4技術為例，它是通過高Pb含量的焊料凸點將芯片上的可潤濕金屬焊盤與基板上的焊盤相連，C4焊球可以滿足具有更細密焊盤的芯片的倒裝焊要求。并且隨著技術發展，芯片凸點發展為焊料凸點、金屬柱狀凸點以及柔性聚合物凸點等多種形式，鍵合方法包含回流焊和熱壓鍵合等 。

Flip Chip技術的應用領域

Flip Chip技術在眾多領域有著廣泛的應用。在電子計算機領域，高性能的CPU、GPU等采用Flip Chip技術，能夠提高芯片的運算速度和處理能力。例如在一些高端服務器的處理器中，Flip Chip技術有助于提升數據處理的效率，滿足大規模數據運算的需求。在通信領域，像FPGA（現場可編程門陣列）等芯片使用Flip Chip技術，可以提高信號處理速度和通信設備的整體性能，保障通信的穩定性和高效性。在消費電子方面，如智能手機、平板電腦等設備中的一些關鍵芯片也開始應用Flip Chip技術，有助于實現設備的小型化、高性能化，提升用戶體驗。此外，在汽車電子領域，隨著汽車智能化程度的不斷提高，Flip Chip技術也被應用于汽車的控制系統、娛樂系統等芯片封裝中，以滿足汽車在復雜環境下的可靠性和高性能要求。在工業控制領域，DSP（數字信號處理器）等芯片采用Flip Chip技術，有助于提高工業自動化設備的控制精度和響應速度等 。

Flip Chip技術的發展歷程

Flip Chip技術起源于1960年代，是由IBM開發的技術。IBM最早在大型主機上研發出倒裝焊技術，最早的應用是在陶瓷基板上的固態邏輯電路，IBM生產的第一代FC芯片為具有三個端口的晶體管產品。由于倒裝焊比其它球柵陣列封裝（BGA）技術在與基板或襯底的互連形式要方便得多，隨著電子器件體積的不斷減小以及I/O密度的不斷增加，1970年，IBM公司將FC技術發展為應用在集成電路（Integrated Circuits，IC）中的可控塌陷芯片連接技術（Controlled - collapse Chip Connection），即C4技術。隨著時間的推移，FC技術不斷發展，芯片凸點發展為焊料凸點、金屬柱狀凸點以及柔性聚合物凸點等多種形式，鍵合方法包含回流焊和熱壓鍵合等。目前倒裝焊技術已經被普遍應用在處理器封裝，成為當前的主流封裝技術。并且借助市場對該技術的推動，封裝廠一般提供8寸/12寸的晶圓探針測試、凸點生長、組裝以及最終測試的完整服務。從全球范圍來看，隨著倒裝技術的成熟應用，目前全世界的倒裝芯片消耗量超過年60萬片，且以約50%的速度增長，3%的晶圓封裝用于倒裝芯片凸點技術，幾年后可望超過20% 。

Flip Chip技術的優缺點

優點

·         高封裝密度：Flip Chip技術的I/O引出端分布于整個芯片表面，相比傳統封裝技術，其封裝密度可大幅提高，能夠在更小的空間內集成更多的功能，這對于現代電子產品不斷追求小型化和多功能化的趨勢非常重要。例如在智能手機這種對空間要求極為苛刻的設備中，Flip Chip技術可以讓更多的芯片功能集成在有限的空間內，有助于實現手機的輕薄化設計 。

·         良好的電氣性能：芯片倒裝焊減少了傳統引線的寄生電容，有利于提高頻率、改善熱特性。較低的寄生電容可以減少信號傳輸延遲，提高信號傳輸的速度和準確性，這在高速數字電路和高頻通信電路中尤為關鍵。同時，較好的熱特性有助于芯片在高負荷工作狀態下的散熱，提高芯片的穩定性和可靠性 。

·         封裝與晶片尺寸相當：這種技術能夠使封裝尺寸接近芯片本身的尺寸，減少了封裝所占用的額外空間，進一步滿足了小型化的需求，并且在一定程度上降低了成本，因為減少了不必要的封裝材料和空間占用 。

·         成本低且便攜：Flip Chip技術在大規模生產時，由于其結構和工藝的特點，可以降低生產成本。同時，其封裝后的芯片具有較好的便攜性，適合應用于各種便攜式電子設備中，如筆記本電腦、平板電腦等 。

缺點

·         芯片裸露問題：采用Flip Chip技術的芯片相對裸露，缺乏足夠的物理保護，在一些惡劣的使用環境或者受到外力沖擊時，芯片容易受到損壞，這就對使用環境和設備的物理防護提出了更高的要求 。

·         二次封裝需求：通常還需要進行二次封裝，這增加了封裝的復雜性和成本。二次封裝的設計和工藝需要額外的考慮和投入，包括對封裝材料、工藝參數等的選擇和優化，以確保芯片在二次封裝后能夠滿足各種性能和可靠性要求 。

·         二次布線設計復雜：在Flip Chip技術中，二次布線的設計較為復雜。需要精確規劃芯片與基板之間的電路連接，考慮信號傳輸的完整性、電磁兼容性等多方面因素，這對設計人員的技術水平和設計經驗要求較高，并且設計過程中可能會遇到信號干擾、布線空間不足等問題，需要花費更多的時間和精力來解決 。

   Flip Chip先進芯片封裝清洗介紹

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·         ·         水基清洗的工藝和設備配置選擇對清洗精密器件尤其重要，一旦選定，就會作為一個長期的使用和運行方式。水基清洗劑必須滿足清洗、漂洗、干燥的全工藝流程。

·         ·         污染物有多種，可歸納為離子型和非離子型兩大類。離子型污染物接觸到環境中的濕氣，通電后發生電化學遷移，形成樹枝狀結構體，造成低電阻通路，破壞了電路板功能。非離子型污染物可穿透PC B 的絕緣層，在PCB板表層下生長枝晶。除了離子型和非離子型污染物，還有粒狀污染物，例如焊料球、焊料槽內的浮點、灰塵、塵埃等，這些污染物會導致焊點質量降低、焊接時焊點拉尖、產生氣孔、短路等等多種不良現象。

·         ·         這么多污染物，到底哪些才是最備受關注的呢？助焊劑或錫膏普遍應用于回流焊和波峰焊工藝中，它們主要由溶劑、潤濕劑、樹脂、緩蝕劑和活化劑等多種成分，焊后必然存在熱改性生成物，這些物質在所有污染物中的占據主導，從產品失效情況來而言，焊后殘余物是影響產品質量最主要的影響因素，離子型殘留物易引起電遷移使絕緣電阻下降，松香樹脂殘留物易吸附灰塵或雜質引發接觸電阻增大，嚴重者導致開路失效，因此焊后必須進行嚴格的清洗，才能保障電路板的質量。

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