一、从焊点到三维集成的技术跃迁

在半导体封装技术的演进历程中，倒装芯片（Flip Chip）技术凭借其独特的凸点（Bump）互连结构，实现了芯片与基板间的高密度电气连接。这项起源于20世纪60年代IBM可控塌陷芯片连接（C4）的技术，已从最初的高铅焊料凸点发展为涵盖金凸点、铜柱凸点及聚合物凸点的多元化技术体系。倒装芯片凸点技术的发展历程，本质上是半导体行业对"更小、更快、更可靠"这一永恒命题的持续解答。本文将以凸点下金属层（UBM）与凸点制程为核心，对这项技术的几个关键问题进行解读。

希望常见面的话，点击上方即刻关注，设为星标！ 

二、凸点下金属层（UBM）

1.UBM的层级架构与功能解析

作为芯片焊盘与凸点间的过渡层，UBM需同时满足四大核心需求：粘附强化、扩散阻隔、浸润性调控与应力缓冲。典型的三层架构包含粘附层、扩散阻挡层及浸润层。

粘附层

采用Cr、Ti或TiW合金，厚度0.1-0.2μm，通过化学键合实现与铝焊盘的牢固结合。

扩散阻挡层

Ni或NiV合金层（1-5μm）有效阻止Sn基焊料向硅基底的扩散，避免脆性金属间化合物（IMC）的过度生长。

浸润层

Au或Cu层（0.05-0.1μm）优化焊料润湿性，确保回流过程中凸点成球的一致性。

2.制备工艺的演进与比较

当前UBM制造形成溅射、蒸发、电镀与化学镀四大技术路线并存的格局。

溅射工艺

通过高能离子轰击靶材实现薄膜沉积，Ti/Cu双层结构在0.18μm节点以下工艺中仍占主导，但其设备投资成本较高。

化学镀镍

采用锌酸盐活化铝焊盘表面，在非真空环境下实现选择性沉积，NiP合金层厚度可控性优异，成本较传统工艺降低。

特别值得关注的是单晶UBM技术的突破。研究显示，采用单晶Cu作为阻挡层时，Ni3Sn4 IMC的生长速率降低，柯肯达尔空洞的形成温度提升，这为3D封装中超细间距凸点的可靠性提供了新解决方案。

三、凸点技术矩阵

1.焊料凸点——电热性能与制造效率的平衡

焊料凸点体系已形成高铅（90Pb/10Sn）、共晶（37Pb/63Sn）及无铅（SnAgCu、SnCu）三大分支。无铅化进程中，Sn95.5Ag3.8Cu0.7合金在150℃老化试验中表现出优于传统SnPb的剪切强度保留率，其熔点提升至217℃的特性，使其在汽车电子领域获得广泛应用。

制造工艺方面，电镀技术通过光刻胶模板实现μm级精度控制，在12英寸晶圆上可同时形成10万级凸点，设备综合效率（OEE）达92%。喷射凸点（MJT）是借鉴喷墨打印原理，焊料滴喷射频率达44000滴/秒，支持0.254mm节距的阵列制作，材料利用率较传统印刷工艺提升。

2.金凸点——高频应用的优选方案

金凸点体系包含电镀Au（厚度20μm）与金丝球焊两大路线。在5G毫米波模块中，金凸点凭借其优异的导电性（电阻率2.4×10^-8Ω·m）和抗电迁移性能，成为天线调谐开关的首选互连方案。值得关注的是，某研究机构开发的铜镍金复合凸点，在3A电流密度下温升较传统锡焊料降低，展现出在大功率器件中的潜力。

3.聚合物凸点——柔性电子的新范式

导电聚合物凸点通过在PI基材中嵌入银纳米线，实现了弯曲半径<1mm条件下的稳定互连。某公司开发的柔性双层凸点结构，在10万次动态弯曲测试后接触电阻变化率<5%，为可穿戴设备提供了全新的封装解决方案。

四、工艺挑战与可靠性保障

倒装芯片在热循环中需承受CTE失配产生的应力。研究表明，采用底部填充胶（Underfill）可将凸点疲劳寿命提升。某厂商开发的环氧基填充材料，在-55℃至125℃温度循环下，经1000次循环后焊点剪切强度保留率达87%。缺陷控制技术涉及空洞抑制和在线检测。空洞抑制是通过优化回流曲线（峰值温度235℃，保温时间60s），可将SnAgCu凸点内部空洞率控制在2%以下。在线检测采用X射线荧光光谱仪实现凸点成分的实时监控，检测精度达ppm级。