智能卡优缺点

   聚合物倒装芯片已成功地应用于两类智能卡：卡与读卡器有物理接口的“接触式智能卡”；以及越来越普及的“非接触式智能卡”，它具有微型天线，可发出射频信号与读卡器进行通信。

   PFC的优点

   PFC BUMP工艺使设计者可在芯片的整个表面放置绑定焊盘，而不仅仅局限于芯片四周。倒装芯片的芯片-基片直接连接使信号通路缩短，带来了显著的好处。例如，长度为0.022mil的金线的电阻为55至80mΩ，而直径为100mΩ、高为50祄的聚合物倒装芯片凸点的电阻为10至15mΩ。

   图1 

   PFC工艺是一种无焊接工艺，它不但具有倒装芯片的优点，而且具有以导电聚合物替代焊剂而带来的其它好处。这形成芯片与基片的内部连接凸点(图1)，它们适合极高密度I/O布局的一次过(one-pass)模板印刷。现有的模板印刷技术可以制出圆心间距125祄、直径70祄的PFC凸点连接，不久的将来新材料则支持圆心间距100祄、直径50祄的PFC凸点连接。

   与焊接技术的多次金属淀积相比，PFC连接至多只增加两道工序，结果PFC工艺减少了倒装芯片生产的投资，也无环境污染之忧，因为无需为去除助焊剂而进行的清洗工序。

   PFC工艺可在75℃以下的温度进行，而焊接工艺则要求200℃以上的回流温度。低制造温度的好处是可以采用不能承受高温的低成本基片。

   智能卡的封装

   由于省掉了接线环路(wire looping)和接合的空间，倒装芯片智能卡可在同样为芯片模片预留的空间内装入更大的芯片。空间有限的印刷电路板面积的最大利用率提高了79%，最大引脚数由300至500提高到1,000以上。

   图2 

   图2表示传统的芯片与基片间引线绑定连接的智能卡模片及芯片五个暴露侧面的保护涂层。

   图3 

   图3表示采用PFC连接的智能卡的相应视图和大小，芯片的接触端面向基片，采用聚合物倒装芯片连接而非接线环路，这样在需要时可应用于更薄的智能卡。

   图4 

   聚合物倒装芯片组装工艺的三个最重要工序如图4所示。图4a表示焊盘上印刷PFC连接的柔性基片。图4b表示一个倒装EEPROM芯片的拾放过程。在图4c中，PFC模片已组装好并经过内充填料和固化。这种简化组装方法避免了引线绑定超薄封装带来的技术难题，如将芯片厚度研磨至9mil以下，高密度引脚器件引线更长更细、间距更窄，并要达到一致的环路形状和高度。

   可靠性

   对采用PFC制造工艺组装成4K串行EEPROM智能卡IC模片的样片进行电气测试，所得合格率相当高(大于95%）。该模片接着接受了热性能和环境可靠性测试。

   可靠性测试包括：至少在-35℃进行24小时低温储存，在125℃进行84小时的高温储存，在-30℃和70℃进行10个温度循环，在85℃及85%相对湿度下进行96小时的温度/湿度储存。此外，还要进行96小时的含盐雾大气中储存测试和静电敏感性(MS3015-4KV)测试。微型模片还要在135℃进行 1000 小时的数据读写测试。

   以PFC工艺组装的智能卡模片通过了各项环境和电气可靠性规范。这表明聚合物连接点不会因恶劣环境而断开或开裂。

   具有PFC凸点连接的智能卡很容易通过弯曲和扭曲机械可靠性测试。这一点不可忽视，ldyl日常生活中人们对智能卡很不爱护。

   表1 

   测试结果优于相关的国际标准。卡的弯曲次数为10,000-40,000次(对长边弯曲20mm，短边弯曲10mm)，扭曲次数为5,000至10,000次(相反方向最大扭转达15°)。表1为三个系列智能卡的弯曲、扭曲和热循环测试结果。系列1和系列2代表以热固和热塑导电粘结剂将金制倒装芯片凸点连接到柔性(flex)聚合物基片的智能卡，系列3包括PFC连接的智能卡。所有3个系列的聚合物连接的智能卡均显示了足够高的电气可靠性。

   采用蚀刻铜制天线的非接触式“MIFARE”智能卡，也符合所有ISO标准，现已大量生产。此外，PFC工艺正用于生产“印墨(printed ink)”MIFARE智能卡。它符合ISO标准，并提供10cm读取距离。这种非接触式IC卡进一步降低了成本。

   聚合物倒装芯片的制造

   聚合物倒装芯片凸点和组装完全是一种新工艺，最多使用三种材料：介电聚合物涂料、各向同性的注银导电聚合物、环氧树酯内部填料。

   首先利用高效、低成本、节省空间的无电极镀锌工艺对铝绑定焊盘作金属化处理。然后，在一或两道工序中，在晶圆上制成导电聚合物凸点。

   其中一道工序不是必须的。晶圆可采用钝化聚合物进行丝网印刷，这为绑定焊盘留出位置。介电涂层可作为内存裸片的α阻挡层或辅助外围保护层。它可用作光敏器件的保护层或芯片表面的散热层。

   介电晶圆涂敷改善了聚合物倒装芯片工艺的效果。但这不是有效形成导电凸点所必需的。在一些应用中，如发光和测光器件被封装时，介电涂敷工序必须被省掉。

   接下来，采用自动化高分辨率丝网印刷机将注银导电凸点模板印刷到晶圆或芯片的绑定焊盘上。晶圆上的凸点固化后，晶圆就被分割成裸片。自动对位绑定机将凸点精确地放置在基片上的接触焊盘上，并利用压力和加热完成物理和电气连接。

   用以形成聚合物倒装芯片凸点的一种导电聚合物为热固聚合物，另一种为B阶段(含溶剂的)热固粘合剂或一种热塑导电聚合物。凸点材料的选择应根据结构和热稳定性要求来决定。

   测试并完成适当的电气功能后，在倒装芯片之下注入环氧树酯内部填料，内部填料物质应具有低粘稠度，并采用不含溶剂的配方，以使凸点内的空隙最少、有良好的防湿性、低排气率、高力学模量、低膨胀系数，确保凸点的热疲劳最小。

   固化后的内部填料加强了倒装芯片的组装强度，并提供外围保护，以消除引起电气故障的腐蚀和电子迁移。内部填料的低热膨胀系数也提供了器件在工作环境的温度骤变时的体积稳定性。

   结论

   PFC工艺可生产同样大小和形状的凸点。为了满足高的电气连接合格率，凸点的一致性要好。

   测试也证实了环氧树酯内部填料对PFC器件的可靠性起关键作用。内部填料为芯片提供了与塑料封装相同的保护作用。