（本文編譯自Semiconductor Digest）
到2028年，半導體先進封裝領域的規(guī)模預計將達到674億美元。因此，在半導體封裝快速發(fā)展的領域中，微型化和創(chuàng)新是主旋律。在眾多競爭技術中，有一種技術因其效率、性能和微型化方面的優(yōu)勢而脫穎而出：倒裝芯片技術。傳統(tǒng)引線鍵合技術占據(jù)主導地位的日子已經(jīng)一去不復返了。倒裝芯片技術代表了一種范式轉(zhuǎn)變，它提供了無數(shù)的優(yōu)勢，正在改變我們所知的半導體封裝行業(yè)。隨著這種轉(zhuǎn)變，倒裝芯片行業(yè)在2023年收獲了280億美元的營收，預計到2036年底將超過500億美元，復合年增長率達到7%。
新戰(zhàn)場：倒裝芯片VS引線鍵合
在高速和高性能封裝設計領域中，最常用的封裝解決方案是封裝內(nèi)的倒裝芯片（Flip Chip-in-Package, FCiP）技術。倒裝芯片技術相較于傳統(tǒng)的引線鍵合封裝技術具有多種優(yōu)勢，如卓越的熱電性能、高I/O能力、可滿足不同性能要求的基板靈活性、成熟的工藝設備專業(yè)知識、經(jīng)過驗證的構造以及較小的尺寸。
通過在標準的雙馬來酰亞胺三嗪（BT）樹脂基板、QFN和標準引線框（FCSOL）上提供倒裝芯片封裝方案，封裝和組裝工廠最近在提供具有成本效益的解決方案方面取得了顯著進展。盡管晶圓制造工藝可能仍然需要前期投資，但組裝工廠正在采用尖端程序和經(jīng)過驗證的技術，以向客戶提供更多選擇。
倒裝芯片技術的一個關鍵優(yōu)勢是能夠在一個芯片上堆疊另一個芯片。對于引線鍵合芯片來說，由于線的存在，這很難實現(xiàn)，而倒裝芯片可以在更小的空間內(nèi)產(chǎn)生密集的互連。
市場變化
影響倒裝芯片行業(yè)的因素：
物聯(lián)網(wǎng)（IoT）的普及度激增——物聯(lián)網(wǎng)是由許多相互連接的物體、機器和計算設備組成的網(wǎng)絡。這些設備用于從任何區(qū)域向中央系統(tǒng)發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。它們配備了傳感器，使它們具有獨特的身份。由于引入了智能工廠、智能制造和智能電網(wǎng)等概念，對物聯(lián)網(wǎng)設備的需求激增。隨著工業(yè)化國家將智能電網(wǎng)與其現(xiàn)有網(wǎng)絡融合，對物聯(lián)網(wǎng)設備的需求將會大大增加。隨著物聯(lián)網(wǎng)設備市場的擴大，對傳感器的需求也在增長。由于物聯(lián)網(wǎng)傳感器體積小，因此必須在困難的環(huán)境下以高性能水平運行。倒裝芯片技術可以縮小設備尺寸，并且性能優(yōu)于傳統(tǒng)技術。因此，倒裝芯片設計在MEMS傳感器中得到應用，推動了全球倒裝芯片市場的增長。
引線鍵合技術的不斷發(fā)展——倒裝芯片連接技術相對于引線鍵合技術的進步正是推動其需求增長的原因。倒裝芯片相較于傳統(tǒng)的引線鍵合封裝具有多項優(yōu)勢，包括更好的熱電性能要求、更小的外形尺寸、對成熟生產(chǎn)設備的熟悉度，以及增強的I/O能力。
智能手機需求的增長——智能手機的CPU大量使用了倒裝芯片技術。因此，隨著智能手機需求的增加，該業(yè)務正在不斷擴大。據(jù)預測，在2024年至2029年之間，全球智能手機用戶的數(shù)量將持續(xù)增長，增加15億人（或30.6%）。
倒裝芯片技術面臨的挑戰(zhàn)
機械強度不足——在倒裝芯片中，半導體芯片通過將其推擠并進行倒裝而連接到基板上。在芯片輸入輸出焊盤上，直接排列的凸塊通常覆蓋整個芯片表面。由于芯片和電路板直接連接，使得連接距離更短，這樣電阻更小，信號傳輸更快。然而，由于這些短距離凸塊缺乏機械強度且容易受到熱膨脹不匹配的影響，它們可能在高溫下破裂。由于放大器和其他零件是懸掛在用作熱隔離的金屬凸塊上方的基板上，另一個出現(xiàn)的問題就怎樣有效除熱和散熱。將低損耗基板與倒裝芯片設備和模塊內(nèi)EMI屏蔽結合使用是一種流行的設計策略。
成本高
缺少定制化的選項
封裝行業(yè)中的最大細分市場
封裝技術（2D IC, 2.5D IC, 3D IC）——2.5D IC細分市場預計在未來幾年中將占據(jù)50%的份額。推動全球范圍內(nèi)使用2.5D IC倒裝芯片的主要因素包括，與其它封裝技術相比，2.5D IC具有更小的尺寸、增強的性能、可封裝更多芯片的能力和更高的效率。
最大應用區(qū)域概覽
亞太地區(qū)——由于亞太地區(qū)半導體行業(yè)企業(yè)數(shù)量的不斷增加，預計該地區(qū)在預測期間將以30%的份額占據(jù)主導地位。此外，亞太地區(qū)還擁有倒裝芯片領域的關鍵制造商。還有，自動駕駛汽車和電動汽車等汽車的生產(chǎn)在亞太地區(qū)呈現(xiàn)出飆升的趨勢。因此，倒裝芯片在自動駕駛汽車中的應用也在進一步推動市場增長。此外，政府已啟動各種舉措來鼓勵電動汽車的銷售，這也預計將促進市場增長。
解鎖倒裝芯片封裝工藝
將芯片電連接到封裝載體的關鍵技術就是倒裝芯片封裝。與傳統(tǒng)的使用線連接的方法不同，倒裝芯片封裝可以在芯片和基板或封裝之間建立直接而有效的連接。這種靈活的方法適用于多種基板，如塑料封裝引線框、聚酰亞胺、玻璃、陶瓷、硅和層壓PCB。
倒裝芯片封裝的應用不僅限于單個芯片的封裝。無論周圍零件是否使用倒裝芯片技術（也稱為板上倒裝芯片），它都可以用于直接將芯片附著到PCB板上。
通過消除與綁定線相關的電感和電容相關的性能問題，倒裝芯片進一步鞏固了其在電子行業(yè)中作為可靠且有效的封裝解決方案的地位。讓我們深入了解倒裝芯片的封裝過程：
晶圓凸塊——在制造過程中，芯片表面的附著焊盤會被金屬化以提高其焊料接收性。在芯片的鍵合焊盤上放置導電凸塊或焊球以實現(xiàn)倒裝芯片凸塊，也稱為晶圓凸塊。這可以通過多種技術實現(xiàn)，包括晶圓凸塊工藝，它是焊料凸塊、柱凸塊和粘合劑凸塊的組合。這些凸塊有多種功能，包括機械支撐倒裝芯片、實現(xiàn)熱傳導、防止電氣短路和建立連接。
對準——為了確保準確放置，在形成凸塊和切割芯片后，包含導電凸塊的芯片將被翻轉(zhuǎn)并對準。其可靠性取決于對準精度，該精度必須在幾微米之內(nèi)才能實現(xiàn)。
回流——為了使導電材料在鍵合焊盤上均勻分布，在將芯片翻轉(zhuǎn)并放置在基板上之后，進行回流階段，此階段會加熱并熔化導電凸塊。這種回流過程減少了芯片和基板之間的間距（或空間），并改善了焊料的潤濕性。回流焊接或熱聲鍵合常用于實現(xiàn)回流。
封裝——封裝是填充芯片和基板之間空隙的過程。封裝材料輕輕地沿著芯片的邊緣沉積，并流過芯片和基板之間形成的空間，從而填充凸塊之間的區(qū)域。為了完成封裝過程，會在芯片的邊緣進行進一步的沉積。填充材料具有多種功能，包括提高機械強度和可靠性。
與先進封裝解決方案融合
晶圓級封裝——晶圓級封裝是在芯片仍是晶圓的一部分時進行封裝的工藝。在組裝封裝領域，這項技術取得了巨大成功。晶圓級封裝和組裝設備的支出總額預計到2027年將達20.3億美元。
為了使小型電子設備（如物聯(lián)網(wǎng)應用中的傳感器或移動設備）更加緊湊和高效，晶圓級封裝（WLP）通過減小芯片封裝的尺寸和重量發(fā)揮著重要作用。由于晶圓級封裝集成了晶圓切割服務和優(yōu)化的工藝，因此它是一種經(jīng)濟實惠的選擇。先進的倒裝芯片封裝技術使用晶圓級封裝方法來追求更高的效率和成本效益。
再分布層（RDL）——先進倒裝芯片封裝的一個額外關鍵要素是在封裝結構中包含再分布層（RDL）。在有源芯片側創(chuàng)建用于芯片引腳再分布的層的過程被稱為再分布層（RDL）。通過使用RDL，芯片引腳可以被移動到芯片上的任何可行位置。支持傳統(tǒng)引線鍵合技術并位于芯片邊緣的芯片焊盤可以被重新分配到芯片的任何表面部分，以作為“再分布引腳”使用RDL技術。RDL作為倒裝芯片封裝的增強器，使它們成為數(shù)據(jù)中心、5G基礎設施和AI等高密度應用的理想選擇。
多芯片集成——芯片設計者采用了多芯片設計的范式，其中大型設計被分解為一系列小芯片，通常被稱為芯片組或芯片塊，以應對工藝節(jié)點限制。多芯片系統(tǒng)用于倒裝芯片的快速發(fā)展將引發(fā)半導體行業(yè)的一場革命。這些技術的廣泛應用將解鎖更多的性能并改變塑造我們生活的一些應用。
系統(tǒng)級封裝（SiP）——隨著半導體尺寸縮小和集成的推動，通過IC組裝技術集成和縮小尺寸的完整電子系統(tǒng)或子系統(tǒng)的封裝或模塊——系統(tǒng)級封裝（SiP）的力量和潛力正在迅速釋放。系統(tǒng)級封裝（SiP）集成是將所有系統(tǒng)模塊集成到單個封裝中，這得益于改進的倒裝芯片制造技術，它超越了單個芯片的限制。
倒裝芯片技術進展
SET推出了一款面向倒裝芯片鍵合行業(yè)的新產(chǎn)品“NEO HB”。SET最新的倒裝芯片鍵合機旨在用于大規(guī)模生產(chǎn)，在獨立和全自動模式下均具備±1 μm（3西格瑪）的鍵合后精度。憑借其卓越的精度、適應性和快速的周期時間，NEO HB非常適合應用于混合或直接鍵合（HB）工藝。
Luminus Devices公司發(fā)布了可立即供貨的MP-3030-110F倒裝芯片LED，它使得創(chuàng)建具有最高效能、亮度和總體耐久性的照明解決方案成為可能。由于采用了倒裝芯片架構，無需使用引線鍵合，從而提高了可靠性。此外，它還提高了對硫的抗性，使得它在惡劣的照明環(huán)境和戶外園藝應用中都具有出色的性能。
Skyworks Solutions公司是高性能模擬半導體領域的先驅(qū)，服務于廣泛的終端市場，該公司發(fā)布了多款集成了倒裝芯片封裝的無線網(wǎng)絡設備產(chǎn)品。
Jupiter Systems推出了Zavus Xtreme Pixel（XP）倒裝芯片COB MicroLED顯示屏。這是該公司21:9超寬顯示屏系列中的最新型號，是一款巨大、無縫、可定制的顯示屏解決方案。Jupiter的21:9比例Zavus XP提供了多種可定制的無縫顯示屏，分辨率達到5K，對角線尺寸從0.7毫米超細間距的165英寸開始，最大可達281英寸。
結語
最終，由于倒裝芯片技術，傳統(tǒng)的線連接可以被芯片和基板之間的直接有效連接所替代。倒裝芯片技術憑借其高效的熱管理、減少信號延遲和允許更高零件密度的能力，為從消費電子到汽車和航空航天等領域提供了絕佳選擇。為了滿足對更小、更快、更有效的電子產(chǎn)品日益增長的需求，預計倒裝芯片技術將在決定芯片封裝未來方面發(fā)揮重要作用。
END
