引線鍵合透過細導線將正面朝上的晶片上的焊盤連接到引線框架或基板上。倒裝晶片則透過凸點或柱狀結構連接正面朝下的晶片。這兩種方法的選擇會影響電氣佈線、封裝結構、組裝流程和成本，但對於所有裝置而言，這兩種方法都不是最佳選擇。
實際問題在於，某種互連方案能否在可接受的製造成本下滿足產品的電氣、機械和可靠性要求。而這項決定首先要從晶片和封裝設計入手。
圖 1. 典型的引線鍵合和倒裝晶片結構。簡化的橫斷面圖；省略了封裝部分。
倒裝晶片和引線鍵合技術概覽
| 考慮 | 引線鍵合 | 翻轉晶片 |
|---|---|---|
| 模具方向 | 活性表面通常朝上 | 活性表面面向接收基板 |
| 互連 | 晶片焊盤和封裝端子之間的細導線 | 晶片和基板焊盤之間的凸起或柱狀物 |
| 墊片排列 | 通常靠近模具週邊 | 外圍或區域陣列連接 |
| 電路路徑 | 取決於導線長度、線圈幾何形狀和佈線方式。 | 短垂直連接可以減少互連寄生效應。 |
| 模具準備 | 相容的粘合墊和冶金材料 | 相容的凸起或柱狀結構 |
| 關注 | 鍵結質量、線圈間隙、掃絲和焊盤損壞 | 對齊、共面性、關節形成和翹曲 |
| 熱性能 | 取決於整個封裝和冷卻路徑 | 取決於整個封裝和冷卻路徑 |
| 成本基礎 | 晶片貼裝、引線鍵合、材料、檢定和良率 | 凸點、基板、黏合、必要時的底部填充、檢驗和良率 |
這些差異描述的是常見的結構。具體軟體包的細節仍需核實。
裝配流程有哪些變化？
引線鍵合將晶片連接與電氣連接分離
在典型的引線鍵合組件中，首先將晶片連接到其載體上。 線焊接機 然後將晶片焊盤連接到封裝端子。
金絲、銅絲、鋁絲和銀合金絲均為可選材料。具體選擇取決於焊盤冶金、封裝要求、設備性能和工藝資格。
一個可行的製程必須控制的不僅僅是鍵合位置。環路形狀、導線間隙、鍵合強度以及與後續封裝步驟的相互作用都至關重要。
更換產品可能需要不同的工裝、線材設定、迴路程序或材料認證。僅程序變更本身並不能證明新的組件已準備好投入生產。
倒裝晶片將電氣接口移至晶片下方。
在倒裝晶片組裝中，互連線位於晶片的活性表面和接收基板之間。
根據所採用的技術，組裝可能包括放置後進行回流焊接、熱壓黏合或其他合格的連接流程。底部填充材料或相關材料也可能是封裝結構的一部分。
一個 倒裝固晶機 必須根據所需的組裝流程進行評估。精確的定位本身並不能證明整個過程能夠形成可靠的連結。
在選擇設備之前，要確定誰提供凸模，接頭將如何形成，以及生產線上其他地方將進行哪些後續操作。
電氣性能：短連接的優勢
鍵合線會引入電效應，這些電效應取決於鍵合線的長度、形狀、間距以及與周圍封裝的關係。
倒裝晶片連接可以縮短晶片與基板之間的路徑。這有助於解決互連電感、供電或佈線密度限制設計的問題。
然而，更短的連接線並不能自動保證更好的系統效能。基板佈線、回流路徑、電源分配和封裝過渡仍然至關重要。
對照相同的要求比較這兩種結構：
訊號頻率和上升時間。
允許的損耗和耦合。
電力和接地分配。
當前需求。
包裹路由限制。
對於許多要求苛刻的產品而言，如果封裝和互連設計得當，引線鍵合仍然是一種可行的選擇。比較需要基於電氣模型，而不是籠統地假設哪種技術更先進。
I/O密度：避免採用通用開關閾值
引線鍵合通常連接到晶片週邊的焊盤。連接數量的增加可能會對焊盤間距、引線間隙和封裝佈線造成限制。
倒裝晶片可以將連接分佈在晶片表面更大的區域上，從而為密集訊號和電源連接提供更多佈線機會。
並沒有一個固定的I/O數量閾值，要求所有產品都必須切換技術。可行性取決於晶片尺寸、焊盤佈局、組裝能力和佈線規則。
在考慮採用倒裝晶片方案解決I/O問題之前，請先確認晶片佈局和基板是否支援所提出的互連方式。不同的連接方式可能還需要對封裝及其認證方案進行修改。
熱性能：遵循完整的熱路徑
給任何一種方法賦予固定的熱優勢都是誤導的。
在常見的引線鍵合封裝中，熱量可以從晶片背面透過晶片黏接材料傳遞到引線框架、裸露焊盤或基板。此傳遞路徑的有效性取決於封裝及其與電路板或冷卻系統的連接方式。
倒裝晶片結構允許透過裸露的晶片背面進行散熱。熱量也可以透過互連線和基板結構傳遞。
有意義的比較可以發現：
產生熱量的地方。
哪些表面與冷卻系統連接？
整個組件的熱阻。
相關電源循環和溫度條件。
材料所受到的機械應力。
封裝橫截面和明確的冷卻條件比籠統地聲稱某種粘合方法運行溫度更低提供了更有用的信息。
哪一種方法成本較低？
如果晶片已經有相容的焊盤，封裝已經確定，並且組裝能力也具備，那麼引線鍵合可以提供一種經濟實惠的途徑。
倒裝晶片可能會引入凸點、不同的基板、更嚴格的對準要求以及額外的材料或檢測步驟。這些成本必須與在其他方面（例如封裝尺寸和佈線）可能節省的成本進行權衡。
比較每個被接受包裹的成本，而不是保稅人的購買價格。
| 成本區域 | 待解決的問題 |
|---|---|
| 模具準備 | 是否需要額外的晶圓級加工？ |
| 包裝材料 | 需要哪些基板、引線框架和互連材料？ |
| 集會 | 需要哪些機器和工藝步驟？ |
| 檢查 | 將如何評估相關關節？ |
| 屈服 | 裝配損耗可能發生在哪些環節？ |
| 資格 | 需要進行哪些測試和工程工作？ |
| 產品變更 | 晶片或封裝修改後會有哪些變化？ |
對於現有產品而言，即使單獨來看，替代工藝似乎很有吸引力，但轉換成本也可能非常高。
可靠性取決於結構
引線鍵合認證可能會檢查封裝過程中的鍵結脫落、焊盤開裂、焊盤損壞、腐蝕和引線移動。
倒裝晶片認證可能會檢查接合疲勞、介面失效、底部填充行為、空隙和翹曲。
這兩份清單均未顯示哪種技術本質上較可靠。材料、結構、製程控制和運作環境決定了相關風險。
溫度循環、潮濕環境、機械負荷和功率耗散等因素都應納入產品認證計畫的考慮範圍。
圖 2. 在選擇組裝流程之前，將包裝選項與相同的產品要求進行比較。
實用選擇順序
首先設定一些不容易改變的限制條件。
如果晶片僅提供引線鍵合焊盤，則倒裝晶片轉換可能需要額外的開發工作。如果高密度互連佈線至關重要，則引線鍵合方案可能需要更大或截然不同的封裝。
然後透過電氣分析、熱設計、組裝試驗和鑑定計劃對剩餘方案進行比較。
在評估鍵合設備需求時，有用的初始資訊包括晶片佈局、互連結構、基板、鍵合製程和生產目標。這些細節有助於確定所需的設備和配套工藝。
常見問題解答
倒裝晶片和BGA封裝一樣嗎？
不。倒裝晶片指的是晶片與其接收基板之間的連接方式。 BGA 指的是一種外部封裝連接方式。 BGA 封裝可以包含引線鍵結晶片或倒裝晶片。
引線鍵合晶片可以直接轉換成倒裝晶片嗎？
並非自動生效。必須評估焊盤冶金、凸點、佈局、基板設計和封裝認證。
倒裝晶片是否都需要底部填充？
底部填充要求取決於封裝結構、材料和可靠性目標。請確認合格的組裝流程。
一個軟體包能否同時包含這兩種技術？
是的。混合式和堆疊式結構可以結合倒裝晶片和引線鍵合互連。
購買黏接設備前應該決定哪些事項？
定義組裝製程、晶片和基板規格、材料、對準要求、溫度和力要求、搬運方法和驗收標準。
