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【芯片封装】先进封装的连接核心——Bumping 凸块技术
3 小时前   浏览:9   来源:小萍子

Bumping 的核心价值是传统引线键合的升级版。以前芯片靠金线、铜线 “搭桥” 连接基板,就像用绳子绑着两个物体,路径长、信号损耗大,I/O 密度还受限。而 Bumping 直接在芯片焊盘上做微米级金属凸块,把芯片 “倒扣” 在基板上,相当于 “面对面” 连接,信号路径缩短 90% 以上,I/O 密度能轻松突破数千个,甚至上万个。先进制程芯片的性能提升,30% 来自制程迭代,20% 来自封装互连,而 Bumping 就是这 20% 的核心载体。


Bumping 的工艺流程每一步都容不得半点差池:第一步晶圆清洗是基础,必须用 RCA 湿法清洗或等离子清洗,去除表面颗粒、氧化物和有机物 —— 哪怕残留 0.1μm 的颗粒,后续凸块都会出现虚焊。第二步的 UBM 层是连接关键,Ti/Cu 或 TiW/Cu 的组合能同时提升粘附性和导电性,就像给凸块和焊盘之间加了 “双面胶 + 导电通道”,少了这层,凸块很容易脱落。

最核心的是电镀环节,要根据凸块类型精准控制电流密度和电镀液成分,比如铜柱凸块的电镀厚度偏差不能超过 ±0.5μm,否则会导致部分凸块接触不良。最后回流焊的温度曲线更是 “生死线”,比如锡凸块回流时,峰值温度要精准控制在 220-230℃,温差超过 5℃就可能让晶圆因热应力开裂。

不同类型的凸块,对应着不同的应用场景按需定制。金凸块是显示驱动专属,LCD、AMOLED 的驱动芯片全靠它,能通过热压合与玻璃基板精准连接,某面板厂商用金凸块后,驱动芯片的连接可靠性提升 3 倍,不良率从 0.5% 降至 0.08%;铜镍金凸块是电源管理芯片福音,高导电、耐高温的特性刚好匹配车规电源芯片的需求,导通电阻比传统引线键合低 40%,比亚迪、理想的车规电源芯片已批量采用;铜柱凸块是先进封装万能款,窄节距、高导热的优势,让它成为 AI 芯片、GPU 的首选。锡凸块是成本友好型,可焊性强、尺寸大,适合对成本敏感的消费电子 FC 封装,比如中低端手机的电源管理芯片。

Bumping 的优势的核心是全方位提升性能,信号传输上,凸块缩短了路径,让高频信号延迟降至纳秒级,5G 基站芯片用 Bumping 后,信号完整性提升 25%;散热上,铜柱凸块的热导率是金线的 5 倍,能让 GPU 在高负荷运行时结温降低 15℃;稳定性上,金属原子扩散形成的连接,能承受震动、温度循环的考验,汽车电子芯片的使用寿命从 5 年延长至 10 年。

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但它也有绕不开的短板:材料兼容性是个难题,比如金凸块与部分基板材料长期高温下会形成金属间化合物,导致接触电阻增大;工艺难度随间距缩小呈指数级上升,10μm 以下间距的凸块,电镀均匀性控制是国内厂商的主要卡点;成本也偏高,金凸块的材料成本是铜柱凸块的 3 倍,高端设备依赖进口,导致小批量生产时成本难以降低。

不过好消息是,国内封测厂正在快速突破:长电科技的铜柱凸块良率已达 99.5%,凸块间距最小做到 8μm;通富微电的金凸块产能突破每月 10 万片晶圆,打破海外垄断。随着 Chiplet 技术的普及,Bumping 的需求还在爆发 ——AI 芯片的 I/O 密度未来会突破 1 万个,凸块间距将向 5μm 迈进,这也倒逼工艺不断升级。

其实 Bumping 的故事,正是先进封装从连接到高效互连的缩影。它看似只是一个凸点,却承载着芯片性能的上限。没有 Bumping 的技术突破,就没有高密度、高速率的先进封装,更没有我们手上的高性能手机、AI 算力卡。


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