Tartalomjegyzék
Flip Chip technológia a rendszerszintű csomagolásban használt kulcsfontosságú összekapcsolási módszer. Ahelyett, hogy a lapkát hagyományos drótkötéssel kötnék össze a csomaggal, a flip chipet felfordítva, az aktív felületet a szubsztrátumhoz kötve. Eredetileg az IBM fejlesztette ki az 1960-as években, és azóta az elektronikus rendszerek, köztük a nagy teljesítményű számítástechnikai és mobil kommunikációs eszközök építésének megbízható alapjává vált.
Ez a cikk tárgyalja a szerkezet, típusok, gyártási folyamat, előnyök és kihívások egy flip chip csomagban, és összehasonlítja flip chip vs. drótkötés vs. BGA csomagolás hogy segítsen megérteni, miért fontos ez a technológia a PCB gyártás és összeszerelés.
Mi az a Flip Chip?
A Flip chip technológia lényege, hogy a chipet a az aktív oldal a szubsztrát felé néz, elektromos csatlakozások és mechanikus rögzítés kialakítása forrasztási dudorokon keresztül. Az ipar általánosságban a flip-chip csomagolást tekinti a a hagyományos és a fejlett csomagolási módszerek közötti határvonal.
Flip chip ragasztás, ellentétben a hagyományos kábelkötés technikákat, nagyobb számú bemeneti/kimeneti csatornát támogat, rövidebb összeköttetési távolságokkal rendelkezik, és jobb elektromos teljesítményt nyújt. Ezen túlmenően a következő előnyökkel jár hőelvezetés és csökkentett csomagméret.
A Flip Chip csomag felépítése
- A flip chip csomag több rétegből áll, amelyek biztosítják az elektromos és mechanikai kapcsolatot a nyomtatott áramköri laphoz vagy a szubsztrátum.
- A kockát képpel lefelé fordítva rakják össze a következővel forrasztási bütykök (vagy mikrogömbök) az I/O padjain (ahol hagyományosan a drótkötések máshol lennének kialakítva típusok csomagolás). A forrasztási dudorokat újraforrasztással forrasztják a szubsztrátra, amely a jelek számára megfelelő párnákkal és útválasztó rétegekkel rendelkezik.
- Egy alultöltő epoxi kerül a szerszám és a hordozó közé, hogy enyhítse a mechanikai feszültségek a különböző hőtágulásból. Gyakran előfordul, hogy a nagy teljesítményű konstrukciókban egy hőelosztó/hőleadó a hőelvezetés érdekében szintén ragasztva van.
A chipméretű csomagok típusai
A flip-chip csomagolásoknak különböző típusai léteznek, a chipek rögzítésétől és az alkalmazott szubsztrát típusától függően. Ezek a csomagok a következőkre jellemzőek alacsony költségű megoldások vagy megbízhatóbb, teljesítményorientált opciók.
Flip Chip Ball Grid Array (FCBGA)
FCBGA egy mechanikailag sokkal robusztusabb csomagolás, amely forrasztógolyókkal rendelkezik, amelyek a chip szubsztrátját a NYÁK-hoz kötik a magas I/O követelmények és megnövekedett mechanikai képességek, ami ideális a CPU, GPU és más nagysebességű ASIC-k számára.
Flip Chip Chip Scale Package (FCCSP)
A flip-chip technológiát alkalmazva a chip mérete szorosan illeszkedik a csomagmérethez, jelentősen csökkentve a teljes csomagtérfogatot. Ezáltal ideális mobil eszközchipekhez amelyeknek szigorú helyszűke van, mint például az alkalmazásprocesszorok és az alapsávos chipek, amelyeket a mobiltelefons.
Flip chip gyártási folyamat
A “flip chip bonding” néven ismert eljárás során a következő anyagokat alakítják ki forraszanyag-alapú bumps vagy “golyók” a chipen. Ezután a chipet fejjel lefelé fordítják, ezeket a gömböket a hordozón lévő párnáknak megfelelően pozícionálják, és közvetlenül a hordozóra nyomják. Ha felmelegítik, a olvadt dudorok olvadnak és csatlakozik a szubsztrátpárnákhoz, rögzítve a chipet a szubsztráthoz. Vizsgáljuk meg a konkrét folyamatfolyamatot.
1. Wafer Bumping
Az első művelet a wafer bumping. E művelet során kis forrasztási dudorokat helyeznek el a szilíciumszelet kötési felületein a következő módon sablonnyomás, galvanizálás, vagy (egyedi helyzetekben) párolgás. A dudorok a későbbi fázisokban elektromos és mechanikai csatlakozási felületeket hoznak létre a szerszám és a szubsztrát között.
2. Wafer Dicing
Ebben a lépésben az ostyát egyetlen lapkára helyezik. A kockázási műveletnek pontosnak kell lennie, hogy a forrasztási dudorok ne sérüljenek.
3. A szerszám igazítása és elhelyezése
A harmadik művelet a szerszám igazítása és elhelyezése. A szerszámot megfordítjuk és a hordozón lévő betétekkel összehangoljuk. Automatizált igazító és elhelyező rendszerek használnak, és mikronokig tűrnek; bármilyen jelentős pontatlanság nyitott vagy rövidzárlatok.
4. Reflow forrasztás
A következő operatív lépés reflow forrasztás. A flip chip szerelvényt egy ellenőrzött reflow forrasztókemencébe helyezik. Az újraömlesztés a folyamat megolvasztja a forrasztást dudorok, hogy elektromosan kapcsolódjanak a hordozón lévő párnákhoz, és mechanikusan tapadjanak.
Amikor a következőkkel dolgozik nagyszámú bukkanó és szűk távolságok, az újraömlesztéses forrasztás könnyen vetemedéshez és pontossági problémákhoz vezethet. Ezekben a helyzetekben a Termikus kompressziós ragasztás (TCB) módszer előnyben részesül.
A TCB-eljárás különösen alkalmas a sok dudorral és kisebb dudortávolsággal rendelkező chipekhez. Ez egy nagy pontosságú kamera a chipek pontos egymáshoz igazításához, és a kapcsolat létrehozásához a termikus kötőfej nyomásának és elmozdulásának a szubsztráthoz való beállításával ellenőrzött nyomást és hőt alkalmaz.
5. Underfill alkalmazás
A csatlakoztatás után megfigyelheti, hogy a kocka és a hordozó közötti tér üres. Ez a tér megfelel a forraszgolyó a chip alján található elrendezés, amelyet általában a C4 terület, ami a következő rövidítéssel értendő Vezérelt összeomlás chip csatlakozás.
Az olyan jövőbeli minőségi problémák elkerülése érdekében, mint az elhajlás, hideg forrasztások, és az áthidalások okozta rövidzárlatok miatt ezt az üreges részt ki kell tölteni. Epoxigyanta a chip és a hordozó között, hogy kitöltse a rést, valamint a hőtágulásból eredő feszültségkompenzációval együtt, amely a hordozó és a chip között eltérő tágulási sebességgel történik.
6. Vizsgálat és ellenőrzés
A flip chipekkel történő forrasztási kötés összeszerelésének utolsó lépése a következő elektromos tesztelés, mechanikai vizsgálat és egyéb ellenőrzések/vizsgálatok (röntgen) a forrasztási kötések épségére vonatkozóan a következő esetekben hibák belülről.
A Flip Chip technológia előnyei
A hagyományos drótkötéses vagy ólomkeretes csomagolással összehasonlítva a flip chip csomagolás jobb teljesítményt és megbízhatóságot kínál. Fő előnyei a következők:
-
Lehetővé teszi nagy sűrűségű elektromos I/O csatlakozások, ami segít csökkenteni a chip teljes méretét.
-
Az ütközőcsatlakozások nagyobb megbízhatóságot biztosítanak a hagyományos drótkötéssel szemben.
-
Nagyszerűen lerövidíti a jelátviteli utak hosszát, a parazita kapacitások és induktivitások csökkentése a jelminőség javítása érdekében.
-
Közvetlen kapcsolat a lapka és a hordozó között gyors hőátadást és hatékony hőelvezetést tesz lehetővé.
A Flip chip összeszerelés kihívásai
A flip chip ragasztás elektromos és hőtechnikai előnyei ellenére a ragasztás számos újdonsággal is jár tervezési és gyártási kihívások amelyeket a mérnököknek kezelniük kell a hosszú távú megbízhatóság biztosítása érdekében.
Hőtágulás
A legjelentősebb aggodalomra ad okot a differenciális együttható a hőtágulás (CTE) a szilíciumdoboz és a szerves szubsztrát viszonylatában. A tágulás feszültséget jelenthet a forrasztási kötéseken, ami repedésekhez vagy leváláshoz vezethet.
Underfill Üregek
A mechanikai csatoláshoz alultöltő epoxi szükséges. Ha azonban helytelenül alkalmazzák, az alultöltő epoxi alatt üregek keletkezhetnek, amelyek bizonyos területeken hőtárolóvá válhatnak. Az üregek a hőciklusok során a kötés meghibásodásának egyik korai okozói.
Tesztelési kihívások
A gyártás során a forrasztási kötések hagyományos optikai ellenőrzése lehetetlen. A fejlett képalkotás, mint például a X-Ray szükséges a csomag integritásának biztosításához. Bár a rejtett hibák felderítésében hatékonyak, ezek a folyamatok növelik a költségeket és a gyártási idő.
Termelési költségek
A flip chipek összeszerelésénél rendkívüli elhelyezési pontosságra van szükség. Az újraömlesztéshez és az alultöltéshez szükséges tisztaszobai környezettel kombinálva a gyártási költségek növelik a flip chip-szerelvények gyártási költségeit más hagyományos drótkötéses, vagy SMT összeszerelés folyamatok.
Flip chip vs. drótkötés vs. BGA: legfontosabb különbségek
A oldalon. PCB összeszerelés és az elektronikai csomagolást illetően a megfelelő összekapcsolási technika kiválasztása nagyban befolyásolja a jelek minőségét, a megbízhatóságot és a hőelvezetést.
-
Flip chip: A szerszámot megfordítják, hogy az aktív oldala lefelé, a szubsztrát felé nézzen. A forrasztási dudorok, amelyek az elektromos kapcsolatokat alkotják a teljes chip felületet csatlakoztassa a csomaghoz.
-
Drótkötés: A szerszám felfelé néz, hogy a (arany vagy alumínium) huzalokat a szerszám kötőpárnáiról a csomagvezetékekhez csatlakoztassa, amelyek jellemzően kerületorientáltak.
-
Ball Grid Array: A csomagolástechnika amely egy sor forraszgolyót használ a csomag alján, hogy a nyomtatott áramköri laphoz (PCB) csatlakoztassa azt. A BGA-csomagban lévő chip vezetékkötéssel vagy flip chip segítségével csatlakoztatható a hordozóhoz.
Asztal: Flip chip vs. drótkötés vs. BGA
| Tétel | Drótkötés | Flip Chip | BGA |
| Csatlakozási módszer | Arany/Al huzalkötés | Közvetlen forrasztási bumps | Forrasztógolyós tömbcsomag |
| Chip orientáció | Face-up | Arccal lefelé | Arccal lefelé (a csomagolásban) |
| Jelútvonal | Hosszú | Nagyon rövid | Mérsékelt |
| Elektromos teljesítmény | Mérsékelt; nagy induktivitás | Kiváló; alacsony paraziták | A belső szerkezettől függ |
| Hőteljesítmény | Átlagos | Kiváló | Jó |
| Csomag sűrűsége | Alacsony vagy közepes | Magas | Magas |
| Gyártási költség | Alacsony; érett folyamat | Magas; összetett folyamat | Közepes |
| Tipikus Alkalmazások | MCU, analóg IC-k | CPU, GPU, nagysebességű chipek | Memória, FPGA, mobil SoC-k |
| Előnyök | Alacsony költség, nagy megbízhatóság | Kiváló teljesítmény, kompakt méret | Kiegyensúlyozott teljesítmény és összeszerelés |
| Korlátozások | Nem ideális nagysebességű, nagyszámú I/O-hoz | Magasabb költségek, összetett összeszerelés | Hőgazdálkodás szükséges |
Hogyan válasszunk? Szakértői tanácsok az ELEPCB-től
A megfelelő csomagolási és összekapcsolási módszer kiválasztása az Öntől függ. tervezési célok, teljesítménykövetelmények és költségvetés.
A címen. ELEPCB, mérnökeink kiválasztják a a legjobb technológia minden esetben a költségek, a megbízhatóság és az egyszerű összeszerelhetőség ideális egyensúlyának elérése érdekében.
| Felhasználási eset | Ajánlott technológia |
| Alacsony költségű, alacsony tűszámú IC-k | Drótkötés |
| Nagy sebességű, nagy I/O kapacitású processzorok | Flip Chip |
| Általános célú csomagolt IC-k (pl. memória, FPGA) | BGA (belső flip chip vagy drótkötés) |
| Miniatürizált hordozható eszközök | Flip Chip BGA (FCBGA) |
PCB ragasztás: Típus, anyag, alkalmazás és gyártás
Szeretne többet megtudni a PCB bondingról?
ELEPCB
Következtetés
A flip-chip csomagolás jelentős áttörést jelent a PCB összeszerelés és fejlett csomagolási technológia, ami lehetővé teszi az eszközök számára a nagyobb teljesítményt, a kisebb méretet és a jobb hőkezelést. A kisebb méretű eszközök és a gyorsabb jelátvitel iránti igény növekedésével a flip-chip összeszerelés kulcsfontosságú technikává vált a kortárs elektronikai gyártásban.
A címen. ELEPCB, mi flip chip összeszerelési szolgáltatásokra és precíziós PCB gyártásra specializálódtunk, segítve ügyfeleinket abban, hogy megfeleljenek az alábbiakra vonatkozó szigorú követelményeknek megbízhatóság, pontosság és elektromos teljesítmény.
Függetlenül attól, hogy a projektje QFP, QFN, vagy flip-chip csomagolás, képzett mérnökeink és gyártási szakembereink garantálják, hogy minden egyes szerelvény megfelel a szigorú teljesítmény- és minőségi követelményeknek.
Kapcsolatfelvétel hogy megtudja, hogyan fejlett csomagolási megoldások optimalizálhatja a következő tervezést.
GYIK
A1: Nagyszerű elektromos tulajdonságok, nagyszerű termikus tulajdonságok, kis helyigény, nagy I/O sűrűség. Előnyösek nagy sebességű, nagy teljesítményű alkalmazásokhoz.
A2: Az underfill egy szilícium-dioxiddal töltött epoxigyanta, amely mechanikai szilárdságot biztosít, amely ellensúlyozza a szilíciumdizájn és a szubsztrát által okozott hőfeszültségeket.
A3: A legkomolyabb gyártási problémák a bütykök igazítása és a bütykök egyenletessége. A túl kevés bumps újraáramlást okozhat, a túl kevés underfill pedig repedező delaminált kötéseket eredményezhet.
A4: Folyamatossági elektromos vizsgálat, a forrasztási kötések röntgenfelvétele a hátoldalról, üregek vagy delaminálódott területek keresése.
KAPCSOLATFELVÉTEL
Hungarian 
English 
Italian