覆晶是什麼？晶片怎麼用錫球接到外面

覆晶（英文 flip chip，也有人叫倒裝）是把晶片「翻過來」接到外面的方法：先在晶片表面的每一個接點上，做出一顆顆小小的凸塊，很多是錫做的，所以也常被叫做錫球；再把晶片翻成正面朝下，讓凸塊對準底板上的接點，加熱焊上去。不用一條一條拉線，所有的點一次接好。

覆晶跟打線差在哪？

晶片是在晶圓上做出來的，電路在正面，跟外面接電、傳訊號的小金屬片（接點）也在正面。

打線是先把晶片正面朝上黏在小底板上（黏晶），再用比頭髮還細的金屬線，從晶片四邊的接點一條一條拉到底板（見「打線是什麼？晶片怎麼接到外面」）。

覆晶把晶片翻過來，正面朝下。凸塊焊上去，晶片就同時被固定住、也接通了：黏晶和打線，合成了一步（之後再填膠補強）。

	打線	覆晶
晶片的正面	朝上	朝下
怎麼接	細線，一條一條拉	小凸塊，一次全部焊上
接點排在哪	多半在四邊	整個面都可以
訊號走的路	每條線有一段長度	只有凸塊那一點點高

這個作法不新，1960 年代就有了。

為什麼要把晶片翻過來？

接得多。打線的接點排在四邊，像桌子只有桌邊坐得了人；覆晶整個面都能放。用假設的數字算算看：一顆邊長 10 公釐的晶片，打線的接點每 0.05 公釐排一個，四邊一圈大約 800 個。覆晶的凸塊比較大，假設每 0.2 公釐一個，可是整個面都能排：50 排、每排 50 個，就是 2,500 個。晶片越大差得越多，因為四邊只跟著邊長變長，整個面卻跟著面積變大。

路短，訊號快。線越長，訊號要很快地變來變去時，越容易被拖慢、變形，也多一點損耗。凸塊只有一點點高，訊號進出就快。

好散熱、省地方。翻過來之後，晶片背面朝上，可以直接貼金屬蓋或散熱片，熱也能順著凸塊往下走；旁邊不用留拉線的空間，封裝也能小一點。

凸塊是怎麼長出來的？

凸塊通常在晶圓還沒切開時，整片一起做。大致是這樣：

1. 先鋪一層底：在每個接點上鋪幾層很薄的金屬，讓錫黏得住，也擋住錫跟底下的金屬起反應。
2. 開小洞：塗上一層光阻，用跟晶圓廠一樣的曝光、顯影，在每個接點上方開出一個小洞。
3. 填錫：用電鍍讓錫一點一點長進小洞裡（也有用印的）。
4. 燒成球：洗掉光阻，再加熱一次。錫化開，表面張力把它縮成圓圓的小球，像荷葉上的水珠。

傳統的凸塊，彼此的間距大約一兩百微米（一微米是千分之一公釐）；先進封裝用的更小的「微凸塊」，間距只有幾十微米，跟一根頭髮差不多粗。

晶片怎麼翻過來焊上去？

晶圓切割成一顆一顆之後：

1. 沾助焊劑：凸塊或底板的接點上沾一點助焊劑，讓錫加熱時化得開、黏得上。
2. 翻面、對位：機器把晶片吸起來翻面，用相機同時看晶片的凸塊和底板的接點，對準了再放下去。
3. 加熱回焊：送進爐子，錫化開、跟底板的接點焊在一起，冷了凝固。化開的錫有表面張力，放得稍微歪的晶片，常會被拉回正中間。
4. 底部填膠：晶片和底板之間留著一道很窄的縫。在晶片邊上點一排液態的膠，膠會自己鑽進縫裡、把凸塊之間填滿，像紙巾一角碰到水、水自己往上吸；再加熱讓膠變硬。

底部填膠是在保護什麼？

東西受熱會脹、冷了會縮，可是每種材料脹的量不一樣。矽受熱脹得很少；常見的底板多半是樹脂做的，脹得是矽的好幾倍。

晶片每次用起來變熱、停下來變冷，夾在中間的小凸塊就被兩邊往不同方向拉，來回扭久了會裂，像鐵絲來回折終究會斷。晶片越大，離中心越遠的凸塊被扭得越厲害。

底部填膠把晶片和底板整片黏在一起，拉扯的力由整個面分擔，焊點撐得過的冷熱次數就多很多。它跟封膠不一樣：封膠是用塑膠把晶片整個包起來，底部填膠只填晶片底下那道縫。

覆晶有什麼缺點？

• 比較貴：多了長凸塊的步驟；底板也要做出很密的接點和很細的線，才接得上那麼多凸塊。接點不多的晶片，打線通常比較划算。
• 很難修：焊點藏在晶片底下看不到，要用 X 光或超音波掃描才知道焊好沒、膠填滿沒。膠一變硬，晶片就很難拆下來，壞了常常整顆封裝只能丟掉。所以焊上去之前，每一顆都要先測過（針測），只拿好的。
• 怕熱脹冷縮：就是上一段說的拉扯；底板受熱也可能翹起來。
• 設計時就要決定：接點和底板都要照覆晶配好；打線比較有彈性。

覆晶的錫球，跟封裝底下的錫球一樣嗎？

不一樣，大小差很多。晶片底下的凸塊最小，焊在底板上；底板底下，再放上一顆顆大得多的錫球，焊到電路板上（「封裝是什麼？」那一篇說的，就是這些）。底板在中間當轉接頭：上面對著又小又密的凸塊，下面對著大錫球。

覆晶跟先進封裝有什麼關係？

新聞說的先進封裝，是把好幾顆晶片並排在一塊叫中介層的薄片上，或直接疊起來（見「新聞說的「先進封裝」是什麼？」）。晶片接下去的方式，很多正是覆晶：晶片翻過來，用很小的微凸塊焊在中介層上；中介層再用比較大的凸塊接到底板；底板再用更大的錫球接到電路板。三層球，一層比一層大。

疊起來的記憶體，層和層之間也常用很小的凸塊焊起來（見「新聞說的「HBM」是什麼？」）。要接得比微凸塊還密，也有不用錫、把兩層的銅接點直接貼合的混合鍵合。

在 fab24hr 裡

遊戲裡沒有覆晶。主線「晶片的一生」第 11 章「球掀起來了」，你是封測廠的封裝製程工程師。在這條封裝線上，螢火的晶片正面朝上黏在 SiP 模組的小底板上，用細線打線接出去，再封膠。打線機的說明寫著，一顆晶片十幾條線；接點不多，打線正合用。

最接近覆晶的，是打件線那座長長的回焊爐：印上錫膏、放上電阻和電容，過一次爐子，錫化開再凝固，就焊住了。覆晶加熱焊上去是同一個道理，只是焊的是翻過來的晶片。

按「進廠」、選「打工人的一天」，在「今天你是」卡片上點「封測廠」、左右滑到封裝製程工程師，會照裝置上的時間排到一個班：深夜等打線的底板、早上切割機的刀片、下午第 11 章的拉力測試、晚上封膠沖歪的線。

遊戲裡的封測廠、晶片「螢火」、人物和機台都是虛構的；覆晶是什麼、怎麼做，照公開的一般資料寫，算接點數用的晶片大小和間距是假設的數字。其他行話可以到「半導體晶圓廠的行話，白話解釋」查。