之前讲了封装的基础知识，还有传统封装的工艺流程：

写给小白的芯 片封装入门科普

一文看懂芯片的封装工艺（传统封装篇）

今天开始，连续三篇，小枣君重点讲讲先进封装的工艺流程。

第1篇，先介绍一下倒装封装。

倒装封装（Flip Chip）

业界普遍认为，倒装封装是传统封装和先进封装的分界点。

在上期讨论中，我们提及了芯片封装技术迈入第三个发展阶段，这一阶段主要集中在1990年代。在这一时期，BGA（球形阵列）封装成为了主流。而早期的BGA封装，即采用WB（Wire Bonding，引线键合）技术的BGA封装，它被归类为传统封装类型。

随着时间推移，芯片的尺寸不断缩小，同时单个芯片上焊接点的数量也在持续增加，几乎或已经达到1000个。在这种情况下，传统的引线封装技术已经无法满足其需求。

于是，采用倒装技术替换焊线的FC BGA封装，就出现了。

所谓“倒装”技术，涉及在晶粒表面形成一些由焊料构成的“凸起”或“球形结构”。此过程包括将晶粒进行翻转，确保这些凸起或球形结构能够精确地与基板上的焊盘对齐，并直接与基板紧密贴合。

通过加热过程，促使熔化的凸点与基板焊盘紧密连接，进而实现晶粒与基板的有效结合。

WB BGA与FC BGA

我们来看看具体的工艺流程。

以FC BGA为例，其前期的减薄、切割、清洗以及光检等工序，与传统封装的WB BGA（即传统封装）的流程大致相同。

将晶粒与基板紧密结合（稍后将会提及，这一过程被称为“键合”），过程与以往有所不同。

第一步，是凸点制作（Bumping）。

倒装封装技术涵盖了热超声、回流焊以及热压这三种主要工艺，其中，金球、锡球和铜柱分别被用于形成凸点。

热超声技术通过超声与温度的双重作用，将金凸点牢固地焊接在基板的焊盘之上。此方法特别适合那些I/O密度较低的芯片使用。

回流焊是一种焊接技术，它涉及在锡凸点表面涂抹助焊剂，随后利用热回流进行加热以完成焊接过程。此方法特别适用于I/O密度较低、凸点间距在40至50微米之间的芯片。

热压技术，即热压缩粘接（Thermal Compression Bonding，简称TCB），通过使用高深宽比且尺寸较小的铜柱凸点进行直接加热与粘接。该技术能够实现高密度的互联，特别适合于I/O密度较高的芯片，其中凸点间的间距在40至10微米之间。

金凸点的生产成本较高。与此相对，铜柱凸点在电性能和散热性能方面表现更佳，其制造难度适中，且成本相对较低，因此应用更为广泛。

电子显微镜下的凸点

制作凸点的步骤相对繁琐。实际上，这主要涉及晶圆制造过程中的那些技术，比如沉积、光刻以及刻蚀等环节。

沉积过程涉及UBM（即凸点下金属化层）的沉积以及凸点自身的沉积。UBM层位于凸点与芯片焊盘（由金属垫构成，如铝垫层）之间，其主要功能是增强凸点的附着强度、提升电导性能以及热导性能。

沉积UBM的过程，一般是通过溅射技术、无电化学镀以及电镀方法来完成的。

凸点形成过程中，一般通过电镀、印刷、蒸镀以及植球等手段来完成，其中电镀和印刷两种方法应用较为广泛。

按照流程图进行观察，您应该能够理解大致的操作步骤；若仍感到困惑，不妨回顾一下关于晶圆制造的相关内容。

特别的是，在最后阶段增加了一个额外的工序——“回流”处理，这一步骤使得锡帽的形状转变成了子弹头模样。

第二步，是对准和贴装。

概括而言，这涉及运用高精度的贴装技术，将晶粒的突出部分与基板上的焊点进行精确的匹配，接着通过回流焊等加工手段，确保凸点与焊盘之间的有效连接。

回流焊的大致过程：

回流焊流程

对芯片的凸点进行助焊剂涂抹，或者是在基板上均匀涂布适量的助焊剂。此助焊剂的功能在于清除金属表面的氧化物，并有助于焊料的顺畅流动。

然后，用贴片设备将晶粒精准地放到基板上。

随后，对晶粒与基板进行整体加热处理（采用回流焊技术），确保凸点与焊盘之间能够实现良好的浸润与紧密结合（对加热的温度和持续时间需进行严格把控）。

最后，清洗去除助焊剂，就OK了。

当凸点密集且间距较近时，回流焊技术往往容易引发产品翘曲和精度偏差。在这种情形下，采用热压（TCB）技术便能妥善解决这一问题。

热压流程

前文已经指出，热压（TCB）技术特别适用于那些具有更多凸点、凸点间距更小的芯片制造。该技术通过高精度相机确保芯片之间的精准对准，然后通过调节热压头的压力和位移与基座接触，进而施加压力并对其进行加热，以此完成芯片的连接。在后续关于混合键合的讨论中，我们还将再次提及热压技术。

第三步，底部填充。

在连接完成后，众人会发现，晶粒与基板间的部分呈现为一种中空的结构。（该区域位于芯片底部，被称为焊球分布区，亦称作C4区域，全称为“可控塌陷芯片连接”。）

为确保后续生产过程中不会出现偏移、冷焊或桥接短路等不良现象，必须对空心部位实施填充处理。

与传统塑封方式类似，此技术采用填充胶（Underfill）进行操作。它不仅能稳固晶粒，避免其移动或脱落，还能有效吸收热应力和机械应力，从而显著增强封装的稳定性。

底部填充工艺通常包括以下三种类型：毛细填充，即流动型填充；无流动填充；以及模压填充。

通常情况下，倒装封装主要依赖毛细填充技术。操作步骤相对简便：首先清洗助焊剂，接着沿着芯片的边缘，将底部填充胶注入其中。底部填充胶在毛细力的作用下，能够被吸入芯片与基板之间的空隙，从而实现填充过程。

填充作业完成后，必须实施固化处理。这一固化过程所需的温度与时间，将根据所使用的填充胶类型以及封装的具体需求来决定。

以上，就是倒装封装（凸点工艺）的大致流程。

相比传统封装，倒装封装的优势非常明显：

1、能够实现高密度的I/O电气连接，有利于减小芯片的体积。

2、凸点连接，相比引线，可靠性也更强。

信号传输的路径显著缩短，有效降低了寄生电容和电感的产生，从而提升了信号的完整性。

4、晶粒和基板直接接触，热量能够快速传导并散发出去。

凸点的生产流程与晶圆的前道制造过程极为相近，同时它又位于晶圆的前道制造与封装测试的后道工序之间。因此，这一环节也被赋予了“中道”的称号。

后面会提到的TSV和RDL，也是中道工序。

最近这十几年，先进封装高速发展，凸点工艺也一直在演进。

球栅阵列焊球（BGA Ball）的尺寸逐渐减小，随后是倒装凸点（FC Bump）的出现，紧接着又发展到了微凸点（μBump），这一过程中，凸点的体积不断缩小，同时技术挑战也在持续提升。

后续小枣君将要讲解的芯片堆叠技术，以及立体封装技术，包括2.5D和3D封装，这些技术大多以凸点工艺为核心。其重要性显而易见，希望大家务必重视。

3D封装中的微凸点（μBump）

键合

插播一个概念——键合（Bonding）。

在上期内容中，小枣君向我们讲解了关于传统封装中的引线封装的相关知识。紧接着，他又为我们详细阐述了倒装封装的原理和应用。

将硅片与硅片、硅片与衬底进行“粘合”的操作，有一个特定的称谓，即键合技术。

引线封装，叫引线键合。倒装封装，叫倒装键合。

除此之外，还包括载带自动化连接、混合型连接以及临时性连接等多种键合方式。

· 载带自动键合

Tape Automated Bonding，简称TAB，这项技术属于芯片封装领域，其主要功能是将芯片与柔性载带进行精确的组装与键合。

载带自动键合与引线键合在操作上颇为相似，但二者之间仍存在显著差异。在引线键合过程中，芯片的承载物是引线框架或PCB基板。与之不同，载带自动键合所采用的是一种柔性的载带。

载带自动键合

载带既作为芯片的支撑体，又作为芯片与外围电路连接的引线。

载带自动键合包括以下5个步骤：

载带的制作过程涉及将铜箔材料与聚酰亚胺胶带相结合，随后通过光刻和蚀刻技术，塑造出稳定的、细致的导电图案。此外，还需制作定位孔和引线窗口，从而完成载带的制作。

内引线键合技术，简称ILB（Inner Lead Bonding），指的是在将已形成的焊点精确放置于芯片上的步骤完成后，通过热压或热超声的方法，将所有的内引线与芯片的焊盘实现同步连接。

3、对准和贴装：将芯片贴装在基板上。

4、外引线键合技术，简称OLB，即Outer Lead Bonding，其过程涉及将载体与基板或PCB进行精确对齐，一般通过热压方法来完成大批量的键合操作。

5、注塑保护：这个和引线键合流程差不多，就是形成保护层。

相较于引线键合技术，载带自动键合技术更适用于高密度和细间距的封装需求，它不仅具备良好的电气特性，还拥有优异的散热能力，因此特别适合用于LCD驱动器等需要高密度引线连接的场景。

在传统和成本较低的应用场景中，载带自动键合因其工艺简便和技术成熟而保持一定的竞争力。然而，随着高性能和高密度封装时代的到来，载带自动键合在应用范围和普及程度上，显然无法与倒装键合相提并论。

混合键合与临时键合这两个术语至关重要。在后续关于立体封装的讨论中，小枣君将对其做详尽阐述。

CSP（芯片级封装）

接下来，我想向大家介绍一个重要概念——芯片级封装，简称CSP。

在之前的几期内容中，我们曾提及CSP，并解释CSP是用于芯片封装小型化的一种技术手段。

CSP自BGA之后逐渐崭露头角。其崛起的主要原因在于，随着数码产品向小型化、便携化方向发展，对芯片的体积提出了更高的要求。

CSP技术实现了封装的优化，其锡球间的距离和直径均有所减小，芯片与封装的面积比例达到了1:1.14以上，这一比例已非常接近理想的1:1，仅为传统BGA封装面积的约三分之一。

和BGA一样，CSP也分为WB CSP和FC CSP。

一般而言，FC CSP技术广泛应用于移动设备，如手机中的天线模块和基带处理器。与此同时，FC BGA技术则更常用于个人电脑和服务器，涉及CPU、GPU等需要高性能处理的芯片。

这个知识点大家知道一下就好，不算重点。

好了，今天先讲到这里。

明日将举行先进封装的第二阶段活动，聚焦于晶圆级封装技术。紧接着，次日将是该系列的第三期，同时也是系列的收尾之期，主题为2.5D/3D封装。届时，RDL、TSV/TGV、混合键合、临时键合等核心概念将得到详尽的阐释。

敬请期待！

参考文献：

1、《芯片制造全工艺流程》，半导体封装工程师之家；

2、《 一文读懂芯片生产流程》，Eleanor羊毛衫；

3.、《 不得不看的芯片制造全工艺流程》，射频学堂；

4、《 摩尔定律重要方向，先进封装大有可为》，华福证券 ；

半导体封装领域的底部填充胶介绍，半导体封装工程师之家。

6、 《 混合键合，会取代TCB吗？》，半导体行业观察；

《深入探究载带自动焊接（TAB）技术》一文，小陈婆婆，你打算学习其中的哪些内容呢？

《关于先进封装技术的芯片热压键合概述》一文，由失效分析领域的赵工程师撰写。

技术进步推动产业变革，引领行业迈向高密度封装的新阶段，这一观点由华金证券提出。

东吴证券指出，先进封装技术的高密度互联特性促进了键合技术的发展，同时，国产设备在此领域也不断实现技术突破。

算力时代已经到来，Chiplet先进封装技术展现出耀眼的光芒，民生证券如是评价。

12、《 先进封装设备深度报告》，华西证券；

探讨芯片热管理难题，解析倒装芯片封装技术的挑战所在，道芯IC为我们揭示了其中的奥秘。

14、维基百科、百度百科、各厂商官网。

本文来自微信公众号 ，作者：小枣君，36氪经授权发布。