由於科技的進步與節約能源意識逐漸受到重視,現今電子產品正 走向輕薄短小、元件功能增加、I/O 接點腳數亦增加發展之趨勢,以 銅導線為基礎的傳統架構無法已滿足電性上的要求且面積太大,而且 打線技術縮小線距會讓耦合或串音(Crosstalk)情形更為嚴重(圖 1-14),故打線技術只適用於低階或低單價的產品,為避免如同打線 技術之缺點,因此才有覆晶鍵合技術之產生。覆晶鍵合技術的起源自 1969 年,由 IBM 應用在 system/360 之 4C(Controlled collapse chip connection)的銲錫技術中,日本IBM 首先採用塑膠基板取代過去所 用的陶瓷基板,這重大的材料突破讓覆晶封裝推進一大步,開啟了覆 晶 鍵 合 技 術 的 概 念 進 而 從 國 防 通 訊 特 殊 領 域 拓 展 到 科 技 產 業 之 CPU、晶片組部分。此一技術的發展,主要是基於結構和功能因素的 考量,因為許多高階、高速電子產品,皆需同時具備高I/O 接點腳數、
良好的電器性能、高度可靠度、有效的熱傳導、低廉的成本、輕巧型 體積等條件。覆晶鍵合技術(圖1-15)是一種將元件翻轉後,以面朝 下的方式與承載基板上的銲錫凸塊進行高溫加熱結合的技術。元件與 承載基板間形狀與位置都必須要匹配,這樣才能將元件上的金屬墊與 承載基板的銲錫凸塊做精準的接合。
Wire
Bumps
High Power Chip
Flip Chip Technology For High Power Chip 圖1-14 利用銅導線的打線技術
圖 1-15 利用凸塊的覆晶鍵合技術
覆晶鍵合技術與傳統打線方式有結構上的變革,最大不同在於傳 統打線採用銅線,當作與導線架的連接導線;覆晶鍵合技術則是採用 銲錫凸塊當作與承載基板的連接點。因此,採用覆晶鍵合技術不僅可 明顯縮小積體電路(Integrated circuit,IC)尺寸以符合行動資訊產品 對高密度積體空間的需求,而且在電器特性規格上,也因 IC 可以最 短的電路路徑,透過凸塊直接與電路板連結,故可大幅提昇資料傳輸 速 度 , 並 且 有 效 降 低 雜 訊 干 擾 機 率 。 覆 晶 鍵 合 技 術 是 以 凸 塊
要中介層(Interposer)、填充物(Under-fill)與導線架,並省略黏晶、
打線等製程,充分地滿足兼顧成本考量與精巧型設計導向的晶片封裝 需求。關於承載基板的選擇,因覆晶鍵合技術其一目的是想有效地降 低元件運作在高功率時衍生的熱效應問題,因此承載基板之熱導係數 即成為首要考量因素,常見基板之熱導係數如下表所示。由上述考 量,本次實驗我們採用氮化鋁(AlN)基板來製作被動電路。
表1-2 各式基板材料的熱導係數 Material Thermal conducivity [W/m.K]
GaN 160 Sapphire 35
SiC 400 Au 310 AlN 180 Solder bumps 50