電子部件的市場發(fā)展方向
現(xiàn)時，電器和移動AV設(shè)施市場上，智強(qiáng)手機(jī)和平板PC生長迅猛。智強(qiáng)手機(jī)的全世界銷量從2012年的6.5億部增加到2013年的7.9億部。預(yù)計(jì)2015年將達(dá)到10億部。大致相似地，PC的全世界銷量從2011年的1.2億臺增加到2013年的1.6億臺。預(yù)計(jì)2017年將達(dá)到4.2億臺。這些個移動設(shè)施要求一年比一年更高的性能、更多的功能和更低的價錢。所以，用在CPU、GPU、DSP、AP和RF中的半導(dǎo)體產(chǎn)品規(guī)模更大，速度更高、更加密布。為此晶圓工藝技術(shù)正經(jīng)過加大晶圓尺寸（即從150mm擴(kuò)張到300mm或400mm）減損成本，并經(jīng)過更細(xì)的工藝圖形（即從90nm到65nm、45nm、40nm、32nm和28nm）改善至更高的集成度、功能性和速度。故與此同時要求更高的電路疏密程度、更高的性能和更低的價錢。

對于集成度較大和速度較高的LSI的成熟技術(shù)，有不可缺少研發(fā)認(rèn)為合適而使用低k材料的隔離技術(shù)。但為了滿意這些個高性能，因?yàn)橛枚嗫缀投鄬咏Y(jié)構(gòu)，隔離變得越來越薄。最后結(jié)果，LSI就變得易脆。另一方面，為了滿意高速要求，LSI的電流不斷增加。除開芯片尺寸不斷由大變小外，熱疏密程度和功耗也不斷增加。所以，對于未來的半導(dǎo)體封裝基板，要求解決這些個問題，即層間媒介的易脆性、高熱、高速和低廉錢。半導(dǎo)體工藝未來的預(yù)設(shè)規(guī)則將進(jìn)入了20nm一代或其下，這將更加薄弱得多。

20nm一代要求的封裝技術(shù)
下一代20nm要求的規(guī)范為：
低應(yīng)力，為了易脆低k層
高熱輻射≥5W，為了高性能LSI
高速度≥10GHz，為了高功能性

半導(dǎo)體封裝發(fā)展方向
為了適合涵蓋移動設(shè)施在內(nèi)的電器設(shè)施的功能增長和成本減退，晶圓預(yù)設(shè)規(guī)則朝著大尺寸和細(xì)預(yù)設(shè)規(guī)則進(jìn)展。為此以及為了減低成本，半導(dǎo)體封裝技術(shù)正迅疾從最標(biāo)準(zhǔn)鍵合技術(shù)的金線鍵合轉(zhuǎn)移到銅線鍵合，以減損金的運(yùn)用量。這個之外，倒裝芯片鍵合技術(shù)的運(yùn)用大大地滿意了LSI的更高集成度和性能。2010年，全世界半導(dǎo)體封裝技術(shù)中，倒裝芯片鍵合的份額為15百分之百，引線鍵合的份額為85百分之百。而到2015年，預(yù)計(jì)倒裝芯片鍵合的份額將達(dá)25百分之百，引線鍵合的份額將為75百分之百。尤其是對于要求高熱輻射和高信號速度的高集成度高性能LSI，正積極地認(rèn)為合適而使用倒裝芯片鍵合技術(shù)。

常理倒裝芯片技術(shù)的問題
對低k的適合性
一般運(yùn)用的倒裝芯片技術(shù)：
● 焊鄰接署，主要結(jié)構(gòu)是C4（可控沉陷芯片連署）
● 對于Au凸點(diǎn)和ACF一類的壓力鍵合連署
● 對Au-Au一類連署的超聲鍵合連署
壓力和超聲鍵合有高壓力和機(jī)械振蕩加于LSI，所以這些個辦法不可以用于低k LSI。因?yàn)檫@個，在上面所說的辦法中，C4是可以認(rèn)為合適而使用的，由于比較這三種辦法，鍵合乎時常C4對芯片的毀損最小。

C4技術(shù)是40年初為通用計(jì)算機(jī)創(chuàng)造的，一直運(yùn)用直到現(xiàn)在。隨著低k晶圓的不斷增加，經(jīng)過代替UBM（凸點(diǎn)下金屬）結(jié)構(gòu)、材料和及其改進(jìn)，將C4用于低k。

近來研發(fā)的Cu柱凸點(diǎn)（大致相似C4的進(jìn)展）是適合直列或相互讓開焊盤版圖，不是對低k 晶圓的。有報導(dǎo)說，Cu柱結(jié)構(gòu)封裝有可能毀傷低k層，這是因?yàn)镃u的彈性模量高（130GPa）。熱體脹系數(shù)（CTE）不般配是其加速因素。

這個之外，C4技術(shù)原先是經(jīng)過焊藥和焊藥的高彈性模量（50GPa）認(rèn)為合適而使用熔化金屬結(jié)，所以，在對母板鍵合和安裝時，因?yàn)榧訜崤蛎浀牟顒e而加到LSI 數(shù)量多應(yīng)力。故C4技術(shù)不可以用于未來更為薄弱的LSI。

熱輻射
到現(xiàn)在為止，用于倒裝芯片封裝的主要是有機(jī)基板。有機(jī)基板的熱導(dǎo)率細(xì)小，為0.5 W/mk，很難應(yīng)用于高功耗的LSI。假如為了改善熱輻射而附帶加上散熱或冷卻系統(tǒng)，封裝的成本、平面或物體表面的大小和高度都將增加。

其實(shí)，因?yàn)闊彷椛涞停幸稽c(diǎn)LSI限止了其潛能以便不萌生數(shù)量多的熱。這個之外，因?yàn)闊彷椛洳缓?，結(jié)溫度升高，要得漏電流增加，這進(jìn)一步使功耗增加，功耗的增加又使其溫度升漲。這是一個危險的惡性循環(huán)。所以，改善熱輻射是一個關(guān)緊問題。

信號的高速度
有機(jī)基板中心層媒介傷耗高（0.02），中心層通孔（T/H）的阻抗高，最后結(jié)果，在高頻范圍的插進(jìn)去傷耗高。不過，運(yùn)用傳統(tǒng)有機(jī)基板相同材料的無芯基板不是根本的對策。這個之外，組合層材料可以各式各樣，所以，用戶挑選最佳材料就更為艱難，整個兒預(yù)設(shè)要求思索問題高速性能。

而因?yàn)榛灞?，需求變更一系列的設(shè)施。這就成了出產(chǎn)的絆腳石。因?yàn)檫@一問題，轉(zhuǎn)移到無芯基板是有高風(fēng)險的，僅能適合局部產(chǎn)品。

傳統(tǒng)的技術(shù)難于滿意未來20nm一代。所以迫十分必要求以新的中心技術(shù)研發(fā)全新的半導(dǎo)體封裝。

MonsterPAC-typeC及工藝要領(lǐng)
為了滿意傳統(tǒng)封裝技術(shù)難于適合的20nm工藝，我們研發(fā)了MonsterPAC-typeC。這是與傳統(tǒng)封裝工藝與結(jié)構(gòu)絕對不一樣的封裝。

封裝結(jié)構(gòu)
我們的封裝結(jié)構(gòu)，基板是瓷陶的，半導(dǎo)體芯片用凸點(diǎn)倒裝，芯片與基板之間補(bǔ)充NCP（不導(dǎo)電漿料）。沒有用環(huán)氧氣天然樹脂一類的模塑。所以芯片背面是顯露的。再流焊一類的高溫翹曲是小的，低于30-50μm，所以這種封裝是沒有焊球的LGA(觸點(diǎn)陣列封裝)，不是BGA(球柵陣列封裝)。含銀導(dǎo)電漿料用作凸點(diǎn)，這些個凸點(diǎn)印刷在基板上，故在焊盤上不再制造模塊。不必晶圓凸點(diǎn)工藝，僅在芯片的Al焊盤上非電鍍鎳和金(圖1-3）。

與上面所說的的大致相似，我們的封裝僅由4種材料組成（芯片、凸點(diǎn)、瓷陶和NCP）。這一簡單結(jié)構(gòu)成功實(shí)現(xiàn)了尺寸小、薄而重量合宜的封裝。

可用的瓷陶基板料料主要有二種：HTCC（高溫共燒瓷陶）和LTCC（低溫共燒瓷陶）。瓷陶的特別的性質(zhì)（如電特別的性質(zhì)、溫度傳導(dǎo)性、CTE和翹曲性）及倒裝芯片鍵合，使我們的封裝能滿意從電器產(chǎn)品到半導(dǎo)體芯片廣泛要求的最佳解決方案。

MonsterPAC-typeC結(jié)構(gòu)的獨(dú)特的地方
獨(dú)特的地方如下所述：
● 無缺傷鍵合
● 高熱輻射
● 低插進(jìn)去傷耗
● 高靠得住性
將每一個主要優(yōu)勢接合起來，MonsterPAC-typeC能成功實(shí)現(xiàn)20nm一代LSI的最好性能。

無缺傷鍵合
我們的封裝的中心技術(shù)是無缺傷倒裝芯片鍵合技術(shù)，此技術(shù)對尖端精密細(xì)致工藝制作的半導(dǎo)體芯片成功實(shí)現(xiàn)無缺傷和高靠得住性鍵合。

半導(dǎo)體芯片無缺傷指的是：
低壓力鍵合
我們的鍵合壓力能達(dá)到0.12g/凸點(diǎn)，是常理C4的2.4g/凸點(diǎn)的1/20。經(jīng)過使鍵合負(fù)載減損到這個極限，可避免鍵合引動的層間媒介的毀損。

凸點(diǎn)固化過程中的回縮應(yīng)力低
凸點(diǎn)固化過程中的回縮應(yīng)力低于10MPA/凸點(diǎn)，十分小。經(jīng)過上限減損加于易脆媒介半中腰層（如低k和Al焊盤及線條等等）的溫度、負(fù)載和回縮應(yīng)力，避免線條的斷開與裂隙，因此成功實(shí)現(xiàn)高良率和靠得住的倒裝芯片鍵合。

從這些個優(yōu)勢可見，其是惟一具備避免薄弱低k層毀損的結(jié)構(gòu)的封裝。

高熱輻射
意識到半導(dǎo)體芯片的卡路里是經(jīng)過封裝基板輻射的，代替常理的有機(jī)基板（熱導(dǎo)率0.5W/mk），我們挑選瓷陶基板，由于其熱導(dǎo)率超過有機(jī)基板，為14W/mk。當(dāng)封裝尺寸是21×21mm，用瓷陶基板時，功率耗散達(dá)到6W，比功率耗散為3.6W的有機(jī)基板增長1.7倍。

低插進(jìn)去傷耗
電子設(shè)施要求在高頻范圍有高水準(zhǔn)性能。瓷陶基板的插進(jìn)去傷耗是0.42dB（@20GHz，L=5mm），而有機(jī)基板的是0.62dB，瓷陶基板準(zhǔn)許的頻率在10GHz以上，而有機(jī)基板是3GHz。

抗潮潤的高靠得住性和高耐受性
普通的抗回流焊（MSL：濕潤程度敏銳等級）是Level 3（@30deg/60百分之百RH192Hr）。MonsterPAC-typeC各占一半導(dǎo)體芯片是無缺傷的，凸點(diǎn)用非熔材料制成。高溫回流焊時，凸點(diǎn)是不熔融的，所以它不重復(fù)再熔融和再固化，瓷陶基板不借鑒潮氣。最后結(jié)果，MonsterPAC-typeC是MSL Level 1（@85deg/85百分之百RH192Hr），它不必預(yù)烘烤去濕和防潮包裝，MonsterPAC-typeC的廠房生存的年限是無限的。

工廠速率高
代替燒焊凸點(diǎn)，我們研發(fā)了便于出產(chǎn)的環(huán)氧氣凸點(diǎn)結(jié)構(gòu)。最后結(jié)果，眾多晶圓凸點(diǎn)工藝用的設(shè)施就不不可缺少了，耗費(fèi)數(shù)量多能+羭縷的焊鄰接署用回流焊也不不可缺少了。所以，與同樣規(guī)模的常理C4工藝工廠比較，工廠平面或物體表面的大小能減損69百分之百，工廠的能耗減損85百分之百。能成功實(shí)現(xiàn)節(jié)能和低背景載荷工廠。

MonsterPAC-typeC工藝的獨(dú)特的地方
瓷陶技術(shù)凸點(diǎn)
MonsterPAC-typeC認(rèn)為合適而使用含銀的導(dǎo)電漿料作為凸點(diǎn)材料。認(rèn)為合適而使用平常的燒焊印刷SMD零件的印刷技術(shù)在瓷陶基板上形成凸點(diǎn)。凸點(diǎn)處置前瓷陶基板外表的預(yù)處置、清洗處置和凸點(diǎn)形成后凸點(diǎn)的外表電鍍都沒有不可缺少了。而常理有機(jī)FCBGA需求在半導(dǎo)體晶圓芯片的Al焊盤上長凸點(diǎn)，如焊藥、Au和Cu凸點(diǎn)。但基于瓷陶技術(shù)的凸點(diǎn)不必這些個晶圓長凸點(diǎn)工藝，而是在半導(dǎo)體芯片上制造非電鍍Ni和Au。基于瓷陶技術(shù)的凸點(diǎn)成功實(shí)現(xiàn)了處置簡易且成本低的工藝。

這個之外，與常理技術(shù)中運(yùn)用的焊藥、Au和Cu凸點(diǎn)等硬凸點(diǎn)（硬度≥10Hv）不一樣，研發(fā)了在低硬度下能維持式樣的軟凸點(diǎn)（≤1Hv）。
關(guān)于含銀軟凸點(diǎn)導(dǎo)電漿料，我們研發(fā)的關(guān)心注視點(diǎn)是低應(yīng)力、低連署電阻和細(xì)節(jié)距印刷有經(jīng)驗(yàn)。我們到現(xiàn)在為止凸點(diǎn)形成的勞動能力是面陣列焊盤：節(jié)距150μm；周邊焊盤：節(jié)距75μm。不過，此焊盤節(jié)距是實(shí)際預(yù)設(shè)規(guī)則所思索問題的，所以，對于僅開創(chuàng)凸點(diǎn)來說，面陣列節(jié)距60μm是可以運(yùn)用的。

無缺傷鍵合
用軟倒裝芯片鍵合技術(shù)，曾經(jīng)的NCP分配售用瓷陶上凸點(diǎn)技術(shù)形成的軟凸點(diǎn)，而后，半導(dǎo)體芯片用倒裝芯片鍵合。鍵合過程中，凸點(diǎn)的導(dǎo)電漿料和NCP同時固化，最后結(jié)果，連署性與靠得住性二者均得以成功實(shí)現(xiàn)。

鍵合乎時常，F(xiàn)CB設(shè)施的溫度在200℃以下，此溫度比常理鍵合技術(shù)低40℃以上，鍵合壓力低于0.12g/凸點(diǎn)，是常理鍵合技術(shù)的1/20。用這些個低溫低壓力的熱壓鍵合，半導(dǎo)體芯片在鍵合及鍵合后固化時沒有遭受應(yīng)力和外力。認(rèn)為合適而使用新研發(fā)的導(dǎo)電漿料和NCP，成功實(shí)現(xiàn)了1.0 秒以下的高速鍵合乎時常間。在NCP中包括補(bǔ)充劑，倒裝芯片鍵合乎時常，補(bǔ)充劑存在于芯片焊盤和凸點(diǎn)的二側(cè)。然而，用低壓力倒裝芯片鍵合乎時常，補(bǔ)充劑埋藏在凸點(diǎn)內(nèi)，所以不影響芯片焊盤與凸點(diǎn)間的連署。這是軟凸點(diǎn)的一個長處。又經(jīng)過倒裝芯片燒焊前NCP的分配，NCP很容易補(bǔ)充在凸點(diǎn)窄隙間，用低負(fù)載鍵合乎時常芯片與基板的瞄準(zhǔn)就不會發(fā)生。所以，這種鍵合技術(shù)適合使用于窄焊盤節(jié)距。

常理鍵合技術(shù)的問題是，在燒焊凸點(diǎn)的倒裝芯片鍵合事情狀況下，焊藥從熔融到固化時，非常大的回縮應(yīng)力（約200-500MPa/凸點(diǎn)）加于半導(dǎo)體芯片的凸點(diǎn)和Al焊盤上。不過，因?yàn)榉侨廴谕裹c(diǎn)材料想到低彈性模量要得回縮應(yīng)力十分?。ǖ陀?0MPa/凸點(diǎn)），最后結(jié)果就成功實(shí)現(xiàn)了低應(yīng)力鍵合技術(shù)。
因?yàn)樯厦嫠f的工藝的這些個基礎(chǔ)技術(shù)的發(fā)展，成功實(shí)現(xiàn)了無缺傷倒裝芯片鍵合。圖4是倒裝芯片鍵合后凸點(diǎn)視圖和連署的剖面圖。

靠得住性
封裝級靠得住性

靠得住性測試以下面所開列條件評估，表1顯露測試最后結(jié)果。
被測試封裝規(guī)格：
芯片尺寸：5×5mm2
凸點(diǎn)規(guī)格：150μmP/784凸點(diǎn)（28×28）面陣列菊花鏈
基板尺寸：15×15mm2
終端規(guī)格：0.65mmP/468線腳（22×22）
樣品尺寸：22pkg/批×3批
電測試辦法
靠得住性測試認(rèn)為合適而使用菊花電路測短期工具。在某一段間隔和調(diào)節(jié)周期或鐘頭數(shù)時的靠得住性測試后勘測電阻。增加超過5百分之百時覺得是失去效力，以資為準(zhǔn)則。
圖5是1500個TC測試后凸點(diǎn)的剖面圖，沒有檢驗(yàn)測定蒞會引動斷裂連署的裂隙和剝層。

板級靠得住性測試
具備某些封裝尺寸和焊盤節(jié)距組合的DUT安裝在母板上，此板以熱循環(huán)測試辦法施行測試。

熱循環(huán)條件是：-40℃/15分鐘～125℃/15分鐘循環(huán)。

無論封裝尺寸和焊盤節(jié)距怎么樣，經(jīng)1000個熱循環(huán)測試后，沒有發(fā)覺不論什么失去效力。表2中，第一次失去效力的端由是BGA焊球連署。

表3比較了影響MonsterPAC-typeC，C4和C4柱封裝靠得住性的因素。

認(rèn)為合適而使用低彈性模量材料，MonsterPAC-typeC成功實(shí)現(xiàn)了低翹曲結(jié)構(gòu)和對溫度的牢穩(wěn)翹曲。所以，凸點(diǎn)與芯片Al焊盤之間連署的應(yīng)力十分小，MonsterPAC-typeC是具備易脆低k層的高靠得住性封裝。

產(chǎn)品舉例
認(rèn)為合適而使用MonsterPAC-typeC的產(chǎn)品例子如下所述：

APIC（應(yīng)用法置器IC）
現(xiàn)今APIC的加工正向運(yùn)用低k材料的精密細(xì)致加工轉(zhuǎn)移，這需求高溫度耐受性和高速度。MonsterPAC-typeC以下面所開列優(yōu)位能滿意這些個要求。
● 無缺傷鍵合
● 高熱輻射
● 高速度
一點(diǎn)APIC客戶正對MonsterPAC-typeC施行評估，準(zhǔn)備規(guī)模出產(chǎn)（圖6）。

作為在一樣條件（一樣的裙子，一樣的芯片和一樣的焊盤節(jié)距）下，有機(jī)FCBGA和MonsterPAC-typeC之間實(shí)際評估最后結(jié)果，MonsterPAC-typeC的溫度Tj比有機(jī)封裝的溫度低10℃。經(jīng)過非常準(zhǔn)確比較Tj，其差別將為約20℃。

RF板塊
現(xiàn)時對于高速通訊LSI，板塊封裝不斷提高。這些個板塊要求下面所開列特別的性質(zhì)：
● 適合使用于高速和高頻
● 尺寸小
對于高速高頻應(yīng)用，如上，認(rèn)為合適而使用瓷陶基板后可改善插進(jìn)去傷耗，可用于10GHz。
這個之外，因?yàn)榭扇〉梅庋b小、細(xì)節(jié)距倒裝芯片鍵合，所以，多芯片和高數(shù)目的SMD零件可用于小封裝內(nèi)。
與一點(diǎn)RF板塊客戶合作，研發(fā)了一點(diǎn)樣品，其性能已被客戶許可，正準(zhǔn)備規(guī)模出產(chǎn)（圖7）。

對于這些個板塊封裝，基板的濕潤程度扼制是很關(guān)緊的。MonsterPAC-typeC的MSL是Level 1，所以無濕潤程度扼制。
可見，MonsterPAC-typeC是最適應(yīng)用于板塊封裝的，對于常理有機(jī)封裝的SMD和倒裝芯片這種板塊封裝需求多次再流焊。

論斷
對于將要來臨的20nm工藝一代，封裝要求適合更高的熱輻射和更高的速度。不過，常理的封裝技術(shù)難于滿意這些個要求。所以需求研發(fā)能適合20nm工藝一代的新封裝技術(shù)。

我們研發(fā)的MonsterPAC -typeC能適合將要蒞臨的20nm工藝一代，能使LSI性能最大化。它具備的高性能就像是一個令人驚訝的怪異產(chǎn)物。我們研發(fā)的MonsterPAC使C4技術(shù)變成陳舊物品，成了貢獻(xiàn)給未來下一代半導(dǎo)體的主要技術(shù)。

用于下一代的技術(shù)研發(fā)
新瓷陶基板的研發(fā)
瓷陶基板的技術(shù)研發(fā)多時發(fā)展不止明開朗。到現(xiàn)在為止，精密細(xì)致而高疏密程度作圖遠(yuǎn)滯后于有機(jī)基板。

為理解決作圖的這一弱項(xiàng)以向向前邁進(jìn)步提高，我們著手研發(fā)精密細(xì)致的高疏密程度瓷陶基板，而又不影響成本。我們的目的是20μm線條節(jié)距，達(dá)到認(rèn)為合適而使用精密細(xì)致圖形的更靈活預(yù)設(shè)，通孔節(jié)距也需求更精密細(xì)致，目的是50μm。

到現(xiàn)在為止瓷陶基板的制作工藝是認(rèn)為合適而使用沖孔和掩膜印刷?，F(xiàn)存的這些個工藝對于精密細(xì)致作圖的限制性非常大。我們正思索問題用激光和直接印刷法工藝代替他們。實(shí)現(xiàn)這一技術(shù)將供給比有機(jī)基板好得多的性能。到到現(xiàn)在為止截止，瓷陶基板普通用于高端產(chǎn)品，然而，這種新基板將面向消費(fèi)產(chǎn)品。而這種基板也確實(shí)需求高性能消費(fèi)產(chǎn)品來壯大自個兒。

這一基板與MonsterPAC技術(shù)的接合將為世界供給最佳性能和高靠得住性的產(chǎn)品。