技术资讯 | 通过倒装芯片 QFN 封装改善散热

本文要点

• 将引线键合连接到半导体的过程可以根据力、超声波能量和温度的应用进行分类。

 

• 倒装芯片技术使用称为凸块的小金属球进行连接。

 

• 在倒装芯片 QFN 封装中，倒装芯片互连集成在 QFN 主体中。

 

基于倒装芯片QFN封装技术的IC用于保持性能，而不会受到引线键合的不良影响

在某些半导体产品应用中，由于大量互连或引线键合对产品性能的不利影响，引线键合是不切实际的。在大多数情况下，基于倒装芯片QFN封装技术的IC用于保持性能，而不会受到引线键合的不良影响。尽管引入倒装芯片QFN封装技术所需的成本是引线键合封装成本的1.5倍，但前者可用于消费类高频RF产品。

 

引线键合和芯片封装

 

在IC中建立可靠的内部连接或半导体和硅芯片之间的连接非常重要，可以使用引线键合来实现这一点。在引线键合中，半导体、其他IC和硅芯片之间的电气互连是使用引线键合建立的。引线键合是由铜、银、金或铝制成的细线。

 

引线键合机制

 

将引线键合连接到半导体的过程可以根据力、超声波能量和温度的应用进行分类。标准引线键合方法可以根据输入能量进行分类。

引线键合机制	力和能量的类型
超声波粘合	机械力和超声波能量
热超声粘合	机械力、高热能和超声波能
热压粘接	机械力和高热能

 

引线键合的类型

 

引线键合分为：球粘合 -通常使用金线。金线被熔化形成一个球，利用与所使用的引线键合机构相对应的力和能量将其放入触点中。在球和接触垫之间形成冶金焊缝。楔形粘接 - 通常使用的引线键合材料是铝。铝线与接触垫接触，并施加引线键合所需的能量。能量的应用在导线和键合垫之间形成楔形键合。

 

倒装芯片技术

 

在产品设计中选择IC封装样式时，电源管理是一个考虑因素。随着半导体器件集成密度的提高和元件尺寸的减小，功率和热能显著增加。引线键合QFN封装以及晶圆级芯片级封装（WCSP）配置无法满足产品的热性能要求，因为从芯片到电路板的直接热路径有限。倒装芯片QFN封装更适合满足高速或高功率密度产品设计的热能耗散要求。

如前文所述，高速和高性能应用受到引线键合与引线键合连接的不利影响。设备速度、功率和接地分配、可靠性等。由于引线键合中的非理想性而受到损害。为了克服引线键合连接的不足，可以使用倒装芯片键合技术。

倒装芯片技术是一种用于将半导体芯片互连到基板的方法。这项技术使用称为凸块的小金属球进行连接。通常，使用的球由银，铅，锡等制成。金属凸块直接电镀在集成芯片的金属焊盘上。然后将芯片翻转并粘合到基板上。

倒装芯片技术的优势

1、出色的装配动态性能
 

2、良好的电源和接地分布

3、大量互连或引脚数高

4、高信号密度和信号完整性

5、改善功耗

6、可实现高速接口

7、短距离互连是可能的

8、低信号电感

9、可靠性

10、外形小巧

 

倒装芯片 QFN 封装

 

采用倒装芯片技术进行电气互连的四方扁平无引线IC封装通常称为倒装芯片QFN封装或FC QFN封装。在倒装芯片 QFN 封装中，倒装芯片互连集成在 QFN 主体中。在倒装芯片QFN封装中，引线框架和芯片之间的连接是使用倒装芯片技术创建的，该技术封装在QFN主体上。倒装芯片 QFN 封装中的裸露散热焊盘改善了传热，并提供低电感接地连接。QFN 封装的热效率和倒装芯片互连的电效率融合到倒装芯片 QFN 封装的单个 IC 中。

芯片倒装QFN封装的优势

1、良好的电效率

2、良好的热性能

3、更短的装配周期

4、芯片封装比小

5、可以有多个引线行

倒装芯片 QFN 封装可用于蜂窝电话、数字信号处理器、微控制器、USB 控制器、无线 LAN 等。Cadence可以帮助您为DC-DC转换、信号处理等各种应用设计倒装芯片QFN封装。