倒裝芯片上高熔點焊料與層壓基板上低熔點焊料
2022-02-12
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近幾年倒裝芯片互聯技術已廣泛應用于高性能和消費類電子產品。高性能封裝已經取得穩步發展，實現了I/O數超過1萬個且節距小于200um的互聯，實現了陶瓷基板向低成本有機基板轉變，實現了無鉛焊料替代含鉛焊料等。向有機基板轉變促使了低熔點焊料取代高熔點焊料。
眾所周知，有機材料通常屬于環氧樹脂系，在超過250℃的溫度下不能保持長時間的穩定，避免該問題的一種方法就是在層壓焊盤或者芯片的高熔點凸點上趁機低熔點的焊料。如下圖所示，芯片上的高熔點焊錫凸點與焊盤上的低熔點焊料形成互連。這種組合允許在與有機層壓基板兼容的溫度下進行芯片和層壓基板的組裝。為了確保焊點能夠經受層壓基板與芯片之間熱失配引起的大應變，可進行底部填充。當芯片/下填料/層壓基板粘接為一體時，三者同時發生形變，減小芯片與層壓基板之間的相對運動，進而減小焊錫凸點的應變。通過芯片上高熔點焊錫凸點與層壓基板上低熔點焊料進行互聯的封裝組件，互聯后需進行助焊劑殘渣清洗及底部填充。
結構示意圖&實際焊點的剖面圖
若是由Cr/Cu、Cu/Cu組成UBM，當雙焊料層經過多次回流時，靠近UBM的焊料基體中Sn含量隨回流次數不斷增加，加快了與UBM的反應，并最終導致Sn-Cu金屬間化合物從UBM基底上完全剝離。解決這一問題可以采用更穩定的反應阻擋層，例如Ni，或者增加Cu層厚度，或者使用針對性進行配方優化的低溫焊料，如深圳福英達FL-170低溫焊料。
當將倒裝芯片粘接到有機層壓基板上之后，需徹底清洗助焊劑殘渣，并對組裝模塊進行底部填充和固化，以克服芯片與基板之間的熱失配。這樣，即使是15mm的大尺寸芯片，也可以通過熱循環測試（-45~100℃，1cycle/h）。
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