倒装芯片封装更具竞争力

，Chandler）负责倒装芯片的高级主管Frederick Hamilton说。“倒装芯片已经进入到计算机、无线通信、网络、电信/数据、汽车和消费类电子（HDTV）市场，”他表示。“但PC仍然是半导体和倒装芯片器件的最大单一用户。”

有意思的是，倒装芯片的平均现场寿命大约为15年——尽管部分产品的设计寿命是5年。Pendse还指出：“考虑到倒装芯片的基本结构，很轻松地就可达到15年的现场寿命。”

关键的技术优势

倒装芯片的主要优势包括可缩减和节省空间，此外还有互连通路更短且电感更低、高I/O密度、返工和自对准能力。对散热管理来说，倒装芯片的性能也很突出。

倒装芯片可以采用面阵列互连，这意味着比四周排列封装更高的I/O密度和更有效的电源供应。“如果需要的话，你可以将电源直接供应到芯片中间位置去。这有很大的优点。对RF和其他一些应用来说，倒装芯片带来的低寄生效应非常重要，”Pendse说。“另一个优点是因为芯片是与基板直接连接的，你就不需要扇出了——这与需要芯片到基板I/O扇出的引线键合不同。它意味着你可以获得尺寸更小的封装。”

仍待解决的技术挑战

随着业界继续降低技术节点，还有很多挑战尚待解决。Hamilton认为，这包括需要改进封装的电学/热学性能、对尺寸缩减的持续需求、更窄的凸点节距，以及更短的上市时间，并且所有这些都需要在更低成本的前提下实现。

“业界还需要解决很多问题，像材料内的空隙、与低k材料兼容的凸点制作方法、低k材料与封装的翘曲相关，而翘曲在薄层和无核多层基板中更加突出，”Hamilton表示。

当年业界从陶瓷基板转换到有机基板时，也出现了很多严重的可靠性问题。Pendse说：“IBM声称，采用陶瓷基板和高铅凸点的倒装芯片封装，在35年的运行时间中达到了零失效。”如果采用有机基板，由基板和芯片CTE失配引起的可靠性问题，以及有机基板自身的性能波动，使得现场失效的可能性大大提升。Pendse还补充：“新的键合结构、新的基板和随之而来的质量波动，以及更高的CTE失配，都是需要解决的巨大挑战。”

其他的挑战还有采用倒装芯片需要密度更高的基板，使得该技术比现行的引线键合技术更贵。Pendse介绍说，部分由于金价的上扬，部分由于互连结构和基板设计的不断创新，目前价格因素的差异已经不那么显著了。但随着倒装芯片在更宽的产品范围得到接受，例如消费类电子产品，价格问题仍将是倒装芯片技术的一个挑战。

根据Brofman和O’Leary介绍，其他方面的挑战还包括采用新型和改进的硅介电材料后，硅变得更加易碎，与此同时工业界还在关注超高互连密度的倒装芯片阵列。芯片-封装相互作用（CPI）——有限的可靠性、更高带宽和更高密度——使得各方需要共同协作来解决这些问题。这也是为什么2008年在纽约州宣布建立一个封装研发中心，以解决关键的倒装芯片可靠性挑战。一个例子是电迁移，由于电流密度过高引起导体中金属原子的渐进流失，这将可能是窄节距C4面对的最大问题。

当前趋势

Brofman和O’Leary都认为，倒装芯片下一步的演进方向是芯片在插入层或者叠层芯片上的3-D集成。他们还指出，带有穿透硅通孔（TSV）的芯片和晶圆减薄，以及超窄节距（50 μm）的新型Cu/Cu和铜柱互连都在开发中。此外为了满足先进微处理器日益增长的功率密度要求，他们相信，叠层芯片方法将会在散热管理上带来很大挑战。

Brofman还介绍说，封装技术还持续地推动着材料科学与技术的发展。尽管他也认为碳纳米管（CNT）互连还需要一些年的时间，但在近期，很可能采用纳米材料作为芯片下填充料、导热材料和多层复合基板的填充物。

Brofman还指出，在材料沉积领域也有一些新趋势出现。“除了C4NP，在形成倒装芯片互连时，还可以采用传统BGA所使用的‘下投焊球’的方法。”

那么无铅的趋势呢？目前倒装芯片模块仍受到欧盟《限制使用有害物质条例》（RoHS）的豁免，并很可能会延续到2014年。“一般的观点是如果使用无铅材料制作凸点，将会遇到大量的可靠性问题，”Pendse介绍说。“即便硅进展到40 nm或更低节点，由于硅本身变得更脆，以及无铅焊料本身更硬，这一问题将会更难解决。”工业界正在尝试不同的凸点材料和方案，使互连变得更加柔顺。

由于全世界范围内电子产品的“绿色化”，长期来看，都会转向无铅的芯片互连，因此更多的倒装芯片用户将会采用无铅模块，这不仅仅是来自于法规的要求，也更是未来含铅模块能否进入市场的不确定性所驱使的，O’Leary介绍说。“多芯片模块，特别是两芯片模块，已经比三年前更受欢迎。由于对电性能的追求，将会更多考