C4 製程：覆晶(Flip chip)封裝之非流動型底膠(Underfill)材料技術的 ...

覆晶封裝的優勢與挑戰覆晶封裝是將矽晶片的主動面朝下固定在基板上，該技術為IBM公司在1960年所開發的可掌控熔塌焊接高度之覆晶互連技術( Controlled Collapse Chip Connection)，俗稱C4最為有名，如圖一所示。覆晶相較傳統封裝使用打線黏著(wire-bonding)技術，提供更多的優點，如高I-O密度、縮短互連距離、自身對位、透過晶片背面良好散熱功能、較小腳墊(footprint)、較低profile及較高產量等。由於這些優點使覆晶成為現代電子封裝如多晶模組(MCM)、高頻通訊、高性能電腦、攜帶式電子產品、及光纖組裝等最引人關注的技術。C4製程中覆晶技術最為關切的是焊錫接點的熱機械疲勞壽命問題，其中熱機械問題主要是矽晶片(CTE為2.5ppm/℃)與基板( 陶瓷板CTE為4–10 pm/℃；有機FR-4板CTE18–24ppm/℃)的線膨脹係數(CTE)不匹配所引起，而焊錫接點的剪切應力隨著與中心點(DNP)距離增加、晶片尺寸變大而增加，成為熱機械可靠性的關鍵問題。

有機基板比陶瓷基板價格低廉和低的介質常數，而高線膨脹係數(CTE)差距為其缺點，在熱循環歷程時會造成焊錫接點很大熱應力，因此底膠成為低成本有機基板覆晶封裝的創新發明。底膠是一種液態封填，在覆晶互連後，晶片和基板間應用高填充量二氧化矽環氧樹脂經硬化後，底膠具有高模數、低CTE可與焊錫接點相互匹配，同時使晶片和基板具有低吸濕和良好接著特性。在晶片、底膠、基板間焊錫接點的熱應力被重置，所有的焊錫接點替代集中在周圍接點。使用底膠比未使用可降低焊錫接點應變量至0.10-0.25且增加焊錫接點疲勞壽命約10至100倍，並可提供焊錫接點環境保護已獲證實。底膠成為覆晶技術從陶瓷到有機基板和對成本敏感高階產品的應用延伸提供實用解決方法，這就是為什麼覆晶至今仍受歡迎的主要原因。

圖一 應用傳統底膠的C4覆晶製程封裝  資料來源：工研院材化所/工業材料雜誌第250期

傳統型底膠的問題傳統型底膠的覆晶製程如圖一所示，晶片在組裝前後，各別助焊劑沾塗和清洗步驟是必需的，當晶片組裝至基板後，底膠點塗到晶片和基板間藉由毛細作用力流入...