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倒裝芯片技術(shù)就是用焊料把面朝下的芯片和基板互連在一起，形成穩(wěn)定可靠的機械和電氣連接。
由于凸點芯片倒裝焊的芯片焊盤可以采用陣列排布，因而芯片安裝密度高，適用于高I/O的芯片使用。倒裝焊接采用芯片與基板直接安裝的互連方法，具有更優(yōu)越的高頻、低延遲、低串擾的電路特性，適用于高頻、高速的電子產(chǎn)品。
2.倒裝芯片焊接的工藝方法
倒裝芯片焊接的工藝方法主要有熱壓焊法、再流焊法、環(huán)氧樹脂光固化法和各向異性導電膠黏接法。
（1）熱壓倒裝焊。熱壓倒裝焊使用倒裝焊機對硬凸點如Au凸點、Ni/Au凸點、Cu凸點、Cu/Pb/Sn凸點等進行倒裝焊。倒裝焊機是由光學攝照對位系統(tǒng)、撿拾熱壓超聲焊頭、精確定位承片臺及顯示屏等組成的精密設(shè)備。
熱壓倒裝焊的工作原理是：在一定的壓力和溫度下，對芯片的凸點施加超聲波能量，在一定的時間內(nèi)凸點與基板焊盤產(chǎn)生結(jié)合力，從而實現(xiàn)芯片與凸點的互連。熱超聲方法的凸點界面結(jié)合是一個摩擦過程，首先是界面接觸和預變形，即在給定壓力下，凸點與基板接觸并在一定程度上被壓扁和變形；然后是超聲作用，先除去凸點表面的氧化物和污染層，再溫度劇烈上升，凸點發(fā)生變形，凸點與基板焊盤的原子相互滲透，直到處于一定范圍之內(nèi)，所以，熱壓倒裝焊的關(guān)鍵工藝參數(shù)是壓力、溫度、超聲波功率和焊接時間。
操作方法是將倒裝焊的基板安放在承片臺上，用撿拾焊頭撿拾帶有凸點的芯片，帶凸點的有源面朝下對著基板，一路光學攝像頭對著凸點芯片面，一路光學攝像頭對著基板焊區(qū)，進行對位調(diào)整，并顯示在屏上。FCB時芯片與基板的平行度非常重要，如果它們不平行，焊接后的凸點形變將有大有小，致使拉力強度有高有低，有的焊點可能達不到使用要求，所以，調(diào)平芯片與基板的平行度對焊接質(zhì)量至關(guān)重要。調(diào)平系統(tǒng)的原理如下圖。
對位調(diào)整達到精度要求后，落下壓焊頭進行壓焊。壓焊頭可加熱并帶有超聲，同時承片臺也對基板加熱，在加熱、加壓、超聲到設(shè)定的時間后就完成了所有凸點與基板焊區(qū)的焊接。
熱壓倒裝焊工藝的主要優(yōu)點有：由于超聲波能量的引入，焊接壓力和溫度都比較低，能對基板和芯片起到保護作用；焊凸點材料可以選取金凸點和鋁凸點等；工藝過程簡單，是一種清潔的無鉛焊接，對人體和環(huán)境無損害。
（2）再流倒裝焊。該方法專對錫鉛焊料凸點進行再流焊接，又稱C4技術(shù)。C4 倒裝芯片的工藝包括印制助焊劑及焊膏、芯片貼裝、回流焊、清洗、下部填充及固化。C4 的優(yōu)點是工藝成熟，回流焊時，焊球熔化有自對準作用，因而對貼裝精度要求較低。
（3）環(huán)氧樹脂光固化法倒裝焊。環(huán)氧樹脂光固化法倒裝焊利用光敏樹脂光固化時產(chǎn)生的收縮力將凸點與基板上金屬焊區(qū)牢固地互連在一起，不是“焊接”而是“機械接觸”。其工藝步驟是：在基板上涂光敏樹脂，芯片凸點與基板金屬焊區(qū)對位貼裝，加壓的同時用紫外光固化，最終完成倒裝焊。
光固化的樹脂為丙烯基系，紫外光的光強為500mW/cm2，光照固化時間為3～5s，芯片上的壓力為 1～5g/凸點。光固化后的收縮應力能使凸點與基板的金屬電極形成牢固的機械接觸。使用光固化樹脂進行倒裝焊工藝簡單，不需要昂貴的設(shè)備投資，是一種成本低且有發(fā)展前途的倒裝焊技術(shù)。
（4）各向異性導電膠倒裝焊。各向異性導電膠倒裝焊是使用各向異性導電膠替代焊料作為凸點下的填充料。該材料在一個方向上導電，而在另外兩個方向上是絕緣的。它可以被直接施加于鍵合區(qū)，芯片放在上面。由于垂直方向上的導電性，芯片與基板之間能發(fā)生電氣連接，但該材料不會使相鄰的連接點短路。各向異性導電膠倒裝焊的主要優(yōu)點是無鉛、不用焊劑、工藝溫度低以及不需要下填充。但它可能被限制在較低性能和較低熱應力的場合。
3.下填充技術(shù)
倒裝焊后，要在芯片和基板之間填充環(huán)氧樹脂，這不但可以保護芯片免受環(huán)境氣氛如濕氣、離子等的污染，也可經(jīng)受機械振動和沖擊。填充后可以減少芯片與基板間的熱膨脹失配的影響，即可減小芯片焊料凸點連接處的應力，提高抗疲勞性，改善其可靠性。有研究表明，在聚合物環(huán)氧樹脂中摻入大量的SiO2微顆粒，制成底充膠填充在芯片和基板之間，使焊點壽命提高了10～100倍。在芯片與有機基板之間用環(huán)氧樹脂填充，其使用性能與陶瓷基板相仿。
倒裝焊的下填充材料是一種特殊的材料，它不同于包封芯片的環(huán)氧樹脂，下填充材料黏滯性高，影響電性能的離子含量低，添加料的α放射性低。這些材料可將芯片、基板和焊點的TCE失配減至最小來降低和再分配應力和應變。下填充材料由熱固性聚合物和石英填料構(gòu)成，填料的顆粒尺寸決定流動特性以及該材料能夠填充的間隙尺寸，顆粒尺寸一般小于間隙高度的三分之一。下填充材料一般是通過熱固化來變硬的，但也有使用紫外線或微波進行固化的。
