金凸点Flipchip互联与Chiplet小型化技术

倒装芯片的英文名称叫Flip Chip，是一种无引脚结构，一般含有电路单元。高性能、高可靠、体积小、重量轻是消费电子、工业电子、汽车电子、医疗电子、军用电子器件的共同需求和发展方向。为满足微电子封装微型化、高性能的要求，芯片倒装将是主要互连形式。芯片倒装互连技术是在芯片焊盘上做凸点，然后将芯片倒扣于基板进行凸点与基板间的连接，凸点连接比引线键合连线短，传输速度高，其可靠性提高30～50倍。倒装芯片在电子封装互联中占有越来越多的份额，倒装封装技术是当今最先进的倒装封装技术之一。

图1：Chiplet 技术主要采用倒装互联

倒装芯片有多种多样的设计，从凸块材料来看主要包含：金凸块、锡铅凸块、铜凸块等。金凸块制造，是一种利用金凸块接合替代引线键合实现芯片与基板之间电气互联的制造技术。金凸块制造技术使用黄金作为凸块材料，具有较为出色的导电性、机械加工性、散热性能以及可靠性高等突出优点。金凸块封测产品主要应用于显示驱动芯片、CMOS 图像传感器、指纹传感器、射频识别芯片、滤波器、磁传感器、记忆体、生物医疗装置等领域。

图2：常见凸点

2021年全球金凸点倒装芯片市场销售额达到了13亿美元，预计2028年将达到25亿美元，年复合增长率（CAGR）为8.7%（2022-2028）。金凸点的制作方法主要有金属掩膜蒸镀凸点、光掩膜蒸镀凸点、钉头凸点、电镀焊料凸点和化学镀凸点。与其他制作方法相比钉头凸点焊接无需在芯片电极区上制作凸点下金属化层（UBM），无湿制程、无电镀制程、无污染、无高温、工艺简单、成本低、晶圆尺寸兼容性好（2-8inch）、也可在离散芯片上制作凸点的优点，金球倒装工艺流程相对简短，低成本，绿色环保，低温下可靠性高，已显示其独特的技术优势和前景。

图3 钉头凸点

钉头金凸点倒装互联技术可实现器件更好的信号完整性，过去2-3GHZ是IC封装的频率上限，采用金凸块封装技术可高达10-40 GHZ。钉头凸点制作和倒装焊接过程中无高温，无液体腐蚀，在干燥无尘环境下加工，因此对器件本身也没有任何污染和应力损伤，是未来高端芯片封装的发展方向，更是5G/6G高速高频时代产品封装的首选方案之一。

图4 金凸点热压超声倒装焊接过程示意图

苏州捷研芯在金凸点倒装焊接技术领域深耕6年以上，达到国内领先,国际一流水准，2018年3月便设立了专线，是我国首家具有4/6/8 inch晶圆级金凸点和热压超声焊接的技术开发能力的封测代工平台企业，在金凸块超声热压倒装焊接在硅基板、硅芯片、陶瓷基板和有机基板上的众多应用领域均有扎实的理论和实践经验。

图5 金凸点倒装焊接流程示意图

 目前金倒装技术在RF MEMS滤波器和射频模组领域已广泛应用，此外此技术也可实现各类Chip to Chip、Chip to Interposer 的互联焊接，应用于chiplet小型化模组。Chiplet技术指的是使用小型模块化的“Chiplet”来组成更大、更复杂的系统级芯片(SoC)。这些Chiplet可以独立设计和生产，从而在芯片设计和生产中提供更大的灵活性和可扩展性。从而减少芯片生产的成本和时间，并且可以更容易地实现不同部件之间的协同工作。在某些情况下，使用Chiplet也可以提高芯片的性能和效率。

图6  Chip to Chip 焊接示意图

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