倒装芯片，大有可为

到2028年，半导体先进封装行业规模预计将达到674亿美元。因此，在快节奏的半导体封装领域，微型化和创新是游戏的主题。在无数争夺霸主地位的技术中，有一种在效率、性能和小型化方面脱颖而出，成为领先者：倒装芯片技术。

传统引线键合占据主导地位的日子已经一去不复返了。倒装芯片技术代表了一种范式转变，提供了无限的优势，正在改变我们所知的半导体封装行业。通过这一转型，倒装芯片行业在2023年创造了280亿美元的收入，预计到2036年底将超过500亿美元，复合年增长率为7%。

在高速高性能封装设计领域，最常用的封装解决方案是倒装芯片封装（FCiP）技术。众所周知，倒装芯片比传统引线键合封装具有多种优势，例如卓越的热性能和电气性能、高 I/O 能力、满足不同性能要求的基板灵活性、完善的工艺设备专业知识、经过验证的结构以及更小的外形尺寸。

通过在标准双马来酰亚胺三嗪 (BT) 树脂基板、无引线四方扁平封装 (QFN) 和标准引线框架 (FCSOL) 上提供倒装芯片封装替代方案，封装和组装厂最近在提供经济高效的解决方案方面取得了重大进展。尽管晶圆制造过程可能仍涉及前期费用，但组装厂正在采用尖端程序和经过验证的技术，为客户提供更多选择。

将芯片堆叠在一起的能力是倒装芯片技术的主要优点之一。由于导线的原因，这对于引线键合芯片来说更加困难，而倒装芯片可以在更小的空间中产生密集的互连。

物联网普及率激增——物联网采用倒装芯片技术，可以使设备小型化，并且性能比传统技术更好。因此，倒装芯片设计在微机电系统（MEM）传感器中得到应用，推动了全球倒装芯片市场的增长。

引线键合技术不断进步——倒装芯片连接技术相对于引线键合技术的改进推动了对其需求的增长。与传统的引线接合封装相比，倒装芯片具有多种优势，包括更好的热性能和电气性能要求、更低的外形尺寸、熟悉完善的生产设备以及增强的 1/0 功能。

智能手机的需求不断增长——智能手机 CPU 大量使用倒装芯片技术。因此，由于智能手机需求的不断增长，该业务正在扩大。据预测，2024年至2029年间，全球智能手机用户数量将持续增长，增加15亿人（即30.6%）。

封装技术（2D IC、2.5D IC、3D IC）—— 2.5D IC 领域预计在未来几年将占据 50% 的份额。推动 2.5D IC 倒装芯片在全球范围内使用的主要因素是，与替代封装技术相比，它们的尺寸更小、性能更强、可封装更多芯片的容量更大以及效率更高。

将管芯电连接至封装载体的一项基本技术是倒装芯片封装。与使用导线互连的传统方法相比，通过倒装芯片封装可以实现芯片与基板或封装之间的直接有效接合。这种适应性强的方法适用于各种基材，例如塑料封装引线框架、聚酰亚胺、玻璃、陶瓷、硅和层压 PCB。

倒装芯片封装的应用超越了单芯片封装。无论周围的组件是否使用倒装芯片技术（也称为板上倒装芯片），它都可以用来将芯片直接连接到 PCB 板上。

倒装芯片消除了与连接线连接的电感和电容相关的性能问题，进一步巩固了其作为电子行业可靠且有效的封装解决方案的地位。让我们深入了解一下倒装芯片封装工艺：

水凸焊——芯片表面的附着焊盘在整个制造过程中进行金属化处理，以提高其焊料接受性。将导电凸块或焊球放置到芯片的接合焊盘上以实现倒装芯片凸块，也称为晶圆凸块。这可以通过多种技术来实现，包括晶圆凸点，它是焊料凸点、螺柱凸点和粘合剂凸点的组合。这些凸块执行多项任务，包括机械支撑倒装芯片并实现热传导、电气短路预防和连接建立。

对准——为了确保准确放置，在形成凸块并切割芯片后，将包含导电凸块的芯片翻转并对准。可靠性取决于对准精度，必须达到几微米以内。

回流焊——为了使导电材料均匀地分布在整个焊盘上，导电凸块在回流焊阶段被加热并熔化，随后将芯片对准并翻转到基板上。这种回流工艺减少了芯片和基板之间的间距或空间，并提高了焊料的润湿性。经常使用回流焊接或热超声接合来完成回流。

封装——填充芯片和基板之间的空间是封装的过程。密封剂沿着芯片边缘轻轻沉积并流过芯片和基板形成的空间，从而填充凸块之间的区域。为了完成封装过程，需要在芯片边缘进行进一步的沉积。底部填充材料的众多功能之一是提高机械强度和可靠性。

晶圆级封装——晶圆级封装是封装芯片器件的艺术，但它仍然是晶圆的一部分。在组装封装领域，这项技术取得了巨大的成功。预计2017年波峰级封装和组装设备的支出将达到20.3亿美元。

为了使小型电子设备（例如物联网应用中的传感器或手机）更加紧凑和高效，WLP 通过减小芯片封装的尺寸和重量发挥着重要作用。WLP 因其集成的晶圆切割服务和优化的工艺而成为一种经济实惠的选择。先进的倒装芯片封装技术采用晶圆级封装方法来寻求更高的效率和成本效益。

再分布层 (RDL) –复杂倒装芯片封装的另一个关键要素是在封装架构中包含再分布层 (RDL)。在有源芯片侧创建芯片引脚重新分配层的过程称为重新分配层（RDL）。可以使用 RDL 将芯片引脚移动到芯片上的任何可行位置。支持传统焊线技术并位于芯片周边的芯片焊盘可以通过使用 RDL 技术重新分配到芯片表面的任何部分，作为其“重新分配引脚”。RDL 可作为倒装芯片封装的增强剂，使其成为数据中心、5G 基础设施和人工智能等理想的高密度应用。

多芯片集成——多芯片设计范例，其中大型设计被划分为一系列小芯片，通常称为芯片组或块，芯片设计人员已采用多芯片设计范例来应对工艺节点限制。倒装芯片多芯片系统的快速采用将把半导体行业转变为一场革命，它将释放更多性能，并通过使广泛使用它们成为可能来改变塑造我们生活的应用程序。

系统级封装——系统级封装 (SiP) 是一种封装或模块，包含通过 IC 组装技术集成和缩小尺寸的完整电子系统或子系统，其力量和前景正在快速释放朝着半导体小型化和集成化方向发展。系统级封装 (SiP) 集成是将所有系统模块集成到单个封装中，这是通过超越单个芯片的改进倒装芯片制造来实现的。

对于倒装芯片技术未来的发展，我们认为，传统的导线互连可以被芯片和基板之间的直接有效的键合所取代。由于它能够改善热管理、减少信号延迟并允许更高的元件密度，因此它为从消费电子产品到汽车和航空等广泛应用提供了绝佳的选择。为了满足对更小、更快、更有效的电子产品不断增长的需求，预计倒装芯片技术将在决定硅封装的未来方面发挥重要作用。