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引线键合与倒装焊:电连接路径有什么不同?
昨天 17:16   浏览:224   作者:小萍子

芯片完成晶圆制造后,还要把微小焊盘连接到封装载体。引线键合与倒装焊解决的是同一个问题,却选择了完全不同的路径。本篇讲清两种结构、电流怎么走,以及为什么它们在I/O密度、寄生参数和可靠性上表现不同。

先记住一句话:引线键合让芯片正面朝上,用弧形金属线连接外围焊盘;倒装焊让芯片正面朝下,用凸点直接连接载体。

01|两种方法到底在连接什么?

引线键合(wire bonding)通常先把裸片背面固定在引线框架或封装基板上,再用金、铜或铝等细金属线,把芯片表面的焊盘逐点连接到载体焊盘。芯片正面朝上,键合线要跨过芯片边缘形成线弧。

倒装焊(flip chip)先在芯片焊盘上形成凸点或铜柱,再将裸片翻转,使有源面朝向基板或引线框架。凸点与载体焊盘完成连接后,常在芯片和载体之间填入底部填充材料,用于分担热膨胀失配产生的应力。

两者都只是芯片到封装载体的一级互连。载体还要通过引脚、焊球或焊盘连接到PCB,因此不能把“倒装焊”直接等同于BGA,也不能把“引线键合”限定为某一种封装外形。

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图1:引线键合与倒装焊的典型剖面及电连接路径

02|电流路径为什么会改变性能?

引线键合的路径是“芯片焊盘 → 键合线 → 载体焊盘”。键合线较长且存在弧高,会引入电阻和寄生电感。倒装焊的路径是“芯片焊盘 → 凸点或铜柱 → 载体焊盘”,连接更短,也能把电源、地和高速信号从芯片内部区域直接引出。

开关电流快速变化时,可用简化关系V = L·di/dt说明寄生电感引起的瞬态电压。其中L是互连电感,di/dt是电流变化率;若L以亨利、di/dt以安培每秒计,V的单位为伏特。路径越长、回路面积越大,通常越容易出现压降、振铃和电源噪声;但实际结果还取决于凸点分布、基板走线、回流路径和PCB布局。

I/O位置也不同。引线键合焊盘多布置在芯片周边,较高引脚数会增加排布和线弧避让难度;倒装焊可使用面阵凸点,把连接分布到芯片表面,因此更适合高I/O密度和复杂电源网络。

03|制造流程和可靠性难点在哪?

引线键合的典型流程是固晶、固化、逐点键合、检查和塑封。工程窗口集中在线材与焊盘材料、键合力、超声能量、温度、线弧高度以及相邻金属线间距。常见风险包括焊点抬起、颈部断裂、线弧塌陷和塑封时的扫线。

倒装焊需要凸点或铜柱、对准贴装、回流或热压键合,以及底部填充和固化等步骤。关键问题是凸点共面性、焊点空洞、基板翘曲、残余助焊剂和界面应力。底部填充不是装饰层,它在硅与有机基板热膨胀系数不匹配时承担应力缓冲。

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图2:引线键合与倒装焊的典型工艺链及重点控制项

04|工程上应该怎样选择?

引线键合设备和工艺成熟,设计调整灵活,适合大量模拟、分立器件、功率器件和中低I/O产品,也便于多芯片堆叠或混合互连。倒装焊更适合高I/O、高速、高电流密度或尺寸受限的产品,但会引入凸点制程、高密度基板、底部填充和翘曲控制等成本。

散热不能只看“有没有键合线”。正装芯片可通过背面固晶层和裸露焊盘导热;倒装芯片则可能通过凸点、基板、芯片背面和封盖形成不同热路。倒装焊通常改善电互连,却不保证每种封装都更凉、更便宜或更可靠,必须结合芯片功耗、材料体系、载体结构和可靠性测试判断。


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