Přečtěte si o technologii Gold Nail Head Bump (SBB) Flip Chip

0040-02544 Horní část těla, Dps Metal

0020-33806 Dps horní komory + Poly

 

Učit seAoGstarýNailHeadBump (SBB)TtechnologieFretCkyčle

Tento článek podrobně popisuje technologii naražení hlavy zlatého hřebu v technologii flip chip.

I. vývoj technologie balení polovodičů
Technologie mikroelektronického balení se vyvíjela spolu s vývojem forem zařízení a historie jejího vývoje je také historií neustálého zlepšování výkonu zařízení a neustálé miniaturizace systémů. Z klasifikace způsobu instalace zařízení na substrát lze mikroelektronické obaly rozdělit do následujících vývojových fází:
První etapabyla éra průchozí montáže (THD) před 80. lety 20. století, reprezentovaná pouzdry typu TO a duálními in-line pouzdry. Funkce IO je poměrně jednoduchá, počet vývodů je malý, pouzdro lze ručně vložit do průchozího otvoru DPS, rozteč vývodů je pevná, zvýšení počtu vývodů bude znamenat zvětšení pouzdra velikost a maximální montážní hustota balení je 10pin/cm2.
Druhá fázebyla éra povrchové montáže (SMT, povrchová montáž/povrchová montáž) v 80. letech 20. století, která byla reprezentována malým obrysovým pouzdrem (SOP) a plochým pouzdrem (QFP), které výrazně zvýšily počet pinů a hustotu montáže, a byla v té době revolucí v obalové technologii. Koncepce designu těchto obalů se liší od DIP (Dual In-Line Package) v tom, že velikost těla obalu je pevná a rozteč vedení po obvodu se mění podle potřeby, což také zlepšuje produktivitu s maximálním počtem vedení 300 a montážní hustotou 10-50pin/cm2, což je také zlatý věk kovových olovnatých plastových obalů.
Třetí etapaje éra pájecích koulí (BGA) / velikost balení čipu (CSP) v 90 letech 20. století, rozteč olova u BGA je hlavně 1,5 mm a 1,27 mm, rozšíření rozteče olova výrazně podporuje pokrok v technologii instalace a zlepšení efektivity výroby, hustota instalace balíčku BGA je asi 40-60pin/cm2, a poté Japonsko použilo koncept BGA na úrovni čipu a vyvinulo balíček CSP s menší rozteč olova, rozteč olova může být menší než 1,0 mm a balíček CSP dále snižuje velikost a hmotnost produktu, zlepšuje konkurenceschopnost produktu a éra BGA přešla na éru BGA/CSP .

Existují čtyři hlavní technologie, jak dosáhnout balení v měřítku čipů: Wire Bonding (WB), Tape Automated Bonding (TAB), Flip Chip (FC) a Through Silicon Via (TSV). Technologie WB označuje lepení kovových vývodů a podložek působením ultrazvuku a podle způsobu lepení se dělí na termoultrazvukové sférické lepení a ultrazvukové klínové lepení. WB představuje 90 % trhu obalů na čipy díky své vynikající spolehlivosti, ale protože spojení vytvořené spojením drátů má určitou výšku, která ovlivňuje velikost obalu, generuje zpoždění elektrického signálu a zvyšuje hodnotu odporu Hledání nové technologie primárního balení vhodné pro balení malých rozměrů se stalo aktivním bodem výzkumu.
Technologie TAB je technologie, která spojuje čipy s nosnými páskami v jediném okamžiku pomocí olověných pásků pod raznicí pro ražení za tepla a výroba kovových hrbolků, nosných pásek a razidel pro ražení za tepla touto technologií přináší velké výzvy pro sériovou výrobu.
Technologie TSV je nově vznikající technologií, spojení v této technologii závisí především na spojení mezi Cu hrbolem a předem pokovenou vrstvou Au v průchozím křemíkovém průchodu, což je vhodné pro 3D laminované obaly, a protože elektronické výrobky mají vysoké požadavky na velikost balení, velikost průchozích křemíkových prokovů je velmi malá, takže rovnoměrnost Au povlaku v průchozích křemíkových prokovech a spolehlivost spojení přinesly velké výzvy pro vývoj a aplikaci této technologie.

II. Technologie FlipChip
Technologie FlipChip (FC) je metoda převrácení aktivní strany čipu pro zarovnání substrátu pro mikrospojení, inverze aktivního zařízení zmenšuje velikost balení elektronických produktů a díky ovladatelné velikosti pájeného spoje, tato metoda je vhodná pro balení vysoce integrovaných a vysoce výkonných elektronických produktů s jemnou roztečí pinů. Schematický diagram flip čipu je následující:

Aby bylo možné realizovat proces překlápění čipu, je nutné realizovat výrobu hrbolků na povrchu čipu a existuje šest běžných metod vytváření hrbolků: Stud Bump Bond, odpařovací pájecí hrbol, galvanický pájecí hrbol, tištěný hrbolek pájky, kuličkový hrbol a hrbol přenosu pájky. V balení fotoaparátu pro mobilní telefony, které používáme v každodenním životě, je technologií používanou k připojení zobrazovacího čipu k substrátu připojení zlatého hřebíku (SBB) ve flip čipu:


III.Co je SBB(SBB,Stud Bump Bond)?
Při výrobě flip chip hlavičky hřebíku se používá bezvzduchový balónek(SBB,Stud Bump Bond)tvořený kovovým drátem pro propojení I/O portu čipu s kolíkem pouzdra nebo oblastí pájení vodičů na substrátu;
Společným působením ultrazvukové energie, spojovacího tlaku a dalších faktorů jsou odstraněny oxidy a nečistoty na povrchu spojovacího rozhraní a současně dochází k plastické deformaci spojovacího rozhraní, takže dochází k dislokaci v kovu. vazebného rozhraní a atomová difúze je stimulována, čímž se vytvoří pevný kovový flip hlavičky hřebíku.
U zlatého drátu za tepla lisovaného ultrazvukového spojování je průměr zlatého drátu obecně mezi 0,5mil ~ 2,5mil (1mil=25μm), materiálem flip chip pad je obecně hliníková podložka (existují také zlacené polštářky) a povrch je pokoven hliníkem (zlatem) o tloušťce asi 2μm.
Následující schéma ukazuje vybavení a příslušenství potřebné k výrobě pozlacených hrbolků, včetně spojovacího stroje, kapiláry (kapiláry) a zlatého drátu:

Mezi nimi je lepicí stroj typu Kulicke a Soffa (KS) široce používán v průmyslu lepicích strojů a vnitřní struktura zařízení je znázorněna níže:

Část svařovací hlavy zařízení je klíčovou součástí výroby hrbolku hlavy zlatého hřebíku, jak je znázorněno na obrázku níže, část svařovací hlavy obsahuje napínač olova, skleněnou olověnou trubici, elektrodu (také známou jako zapalovač ), kapiláru (také známou jako kapilára) a svorku zlatého drátu.

Ve fázi přípravy lepení se drátěná svorka otevře a topný blok se zahřeje na určitou teplotu; Kapilára se posune o určitou vzdálenost dolů tak, aby ústí kapiláry bylo blízko zapalovače. V tomto okamžiku elektronický zapalovací systém uvolní asi 2000 V vysokonapěťové elektřiny ve velmi krátké době, takže se mezi zlatým drátem na konci kapiláry a elektrodou zapalovače vytvoří smyčka, takže malá část zlatého drátu vystavená ústí kapiláry se vytvoří působením proudu FAB (Free air ball) a potom kapilára pokračuje v pohybu dolů, takže FAB je v kontaktu s čipovou podložkou a FAB tvoří fixovaný tvar koláče působením spojovacího tlaku a poté se tlak kapiláry sníží. Ultrazvuková energie začne působit tak, že vytvoří pevné spojení mezi FAB a podložkou, po dokončení spojení se kapilára posune o určitou vzdálenost, takže kapilární tryska může zanechat malý kousek zlatého drátu, takže vytvoří FAB pro další lepení zapalovací svíčky se kapilára přestane zvedat po posunutí o určitou vzdálenost nahoru, drátěná svorka utáhne zlatý drát, kapilára pokračuje v pohybu nahoru pomocí drátové svorky a zlatého drátu a zlatý drát je přitom přerušen pohybu nahoru a zanechání hrbolu hlavičky hřebíku.
První vrstva zlatého hrbolku hlavičky nehtu je nalepena na hliníkovou podložku a na základě dokončení první vrstvy hrbolku hlavičky zlatého nehtu se provede nalepení druhé vrstvy hrbolku hlavičky zlatého nehtu, aby bylo realizováno slepení celého laminovaný zlatý hrbolek hlavičky nehtu a celý proces lepení je podobný procesu spojování první vrstvy hrbolku hlavičky zlatého nehtu. Proces lepení hrbolků hlavičky zlatého hřebu je ovlivněn hlavně lepicím tlakem, lepicí silou a dobou lepení. Proces tvorby hrbolku hlavy zlatého hřebu je znázorněn na následujícím obrázku:

Proces lepení hrbolků hlavy zlatého hřebu je rozdělen hlavně do tří fází: první fází je fáze kolize, to znamená fáze koncentrace spojovacího tlaku, která se vyznačuje maximálním spojovacím tlakem a v této fázi se nepoužívá spojovací síla. Druhou fází je přípravná fáze spojení, kde se kapilára připraví na spojení mezi hrbolkem hlavičky zlatého hřebu a polštářkem; V této fázi se spojovací tlak snižuje. Třetí fází je fáze lepení, což je fáze, kdy zlatý hrbolek a polštářek tvoří vazbu, a fáze, kdy síla spojení a spojovací tlak spolupracují; V této fázi se kapilára začne působením ultrazvuku prudce pohybovat, dojde k destrukci vazebné plochy a ve velmi krátké době se rychle vytvoří pevná vazba.

IV. Faktory ovlivňující hrbolek hlavičky zlatého hřebu
1, Výběr kapiláry
V procesu lepení hrbolků zlaté hlavičky hřebíku s flipem laminovaným je konzistence každého spoje hlavičky zlatého hřebu klíčovým faktorem pro zajištění úspěchu spoje. Velikost kapiláry určuje vazebné charakteristiky hrbolku hlavičky laminovaného zlatého hřebu a geometrické vlastnosti hrbolku hlavičky zlatého hřebu. Pro získání zlatého hrbolku hlavičky hřebu s dobrou konzistencí vazby je proto nutné zvolit vhodnou kapiláru. Velikost kapilárního otvoru (H), průměr zkosení (CD) a úhel zkosení (CA) jsou obvykle nejdůležitějšími referenčními faktory pro výběr kapiláry.
Níže uvedený obrázek je relevantní parametr Kulickeho a Soffa (kapilára):


2, účinek první vrstvy zlatého hřebíku s nárazem
Flip laminované lepení hrbolků zlaté hlavičky nehtu je k dokončení první vrstvy slepení hrbolků zlaté hlavičky nehtu a poté druhé vrstvy spojování hrbolků zlaté hlavičky nehtu, to znamená, že laminovaný hrbolek hlavičky nehtu se skládá z první vrstvy zlatého nehtu. hlavový hrbolek a druhá vrstva zlatého hřebu hlavičkový hrbolek. Následující obrázek je schéma mikrostruktury první vrstvy zlatého hrbolku hlavičky nehtu a hrbolku laminovaného zlatého hlavičky nehtu.
První vrstva nalepení na hrbolky zlaté hlavičky nehtu je součástí laminovaného spoje hlavičky nehtu ve zlaté barvě a kvalita první vrstvy na hrbolku hlavičky nehtu a její parametry velikosti mají dopad na druhou vrstvu spoje hlavičky zlatého nehtu. .


Klíčové parametry velikosti první vrstvy hrbolku hlavičky zlatého hřebu jsou znázorněny na obrázku níže, kde d je průměr zlatého drátu, který je určen zlatým drátem použitým pro lepení, výška h je určena tvarem spojovací kapilára a výška hrbolku H hlavičky zlatého hřebu a maximální radiální průměr D hrbolku hlavičky zlatého hřebu jsou společně určeny parametry procesu spojování.

Zlepšení kvality hrbolu hlavičky zlatého hřebu spočívá především v optimalizaci následujících faktorů:
(a) (Výrazné umístění)
(b) (Bump Shear)
(c) (Průměr hrbolu)
(d) (Tloušťka hrbolu)
(e) (Výška nárazu)
(f) (test kráteru)
(g) (IMC)
Měření tahu zlaté koule se zkouší podle následujícího obrázku:

U některých běžných problémů v praktických aplikacích je lze zlepšit z následujících hledisek:


V. Simulační analýza hrbolků hlavičky zlatého hřebu
Prostřednictvím simulace a analýzy celého procesu spojování zlatého drátu jsou data simulace zobrazena na následujícím obrázku:

Ve fázi kolize hrbolu hlavičky zlatého hřebu je rozložení napětí hrbolu hlavičky zlatého hřebu nerovnoměrné a úroveň napětí je relativně vysoká a oblast s velkou úrovní napětí se nachází uvnitř hrbolu hlavičky zlatého hřebu a kontaktního povrchu mezi zlatý hrbolek a polštářek a tyto oblasti jsou oblastmi, kde se koncentruje spojovací tlak.
Následující obrázek je pozitivním pohledem na rozložení napětí podložky, napětí podložky je soustředěno do kruhové oblasti se středem vazby jako středem kruhu, ve kterém je větší napětí rozloženo do obvodové oblasti kruhu, a existuje jasná hranice s menší oblastí napětí, kde bude deformace podložky intenzivnější a prudká deformace způsobí více dislokací a usnadní vytváření vazeb. Obrázek vpravo ukazuje spojovací stopu hrbolku hlavy zlatého hřebu. Šedavě bílá oblast je oblast tvořící vazbu a je vidět, že vazba se tvoří hlavně v obvodové oblasti soustředného kruhu se středem v geometrickém středu podložky, což odpovídá větší oblasti rozložení napětí během flip zlatý hřebík proces lepení hrbolků.

Lepení flip laminovaných zlatých hrbolků hlavičky nehtů má za cíl dokončit druhou vrstvu hrbolků zlaté hlavičky nehtu na základě dokončení první vrstvy hrbolků zlaté hlavičky nehtu. Během celého procesu lepení má kapilára vliv jak na namáhání a namáhání první vrstvy hrbolků hlavičky zlatého nehtu, tak i druhé vrstvy hrbolků hlavičky zlatého nehtu.

Jak je znázorněno na následujícím obrázku, ve fázi kolize nárazu hlavičky laminovaného zlatého hřebíku je vyšší úroveň namáhání hrbolku hlavičky laminovaného zlatého hřebu distribuována hlavně uvnitř dvou hrbolků zlaté hlavičky nehtu blízko kontaktního povrchu horní a spodní hrbolky hlavičky zlatého nehtu, ve kterých je větší napětí soustředěno do druhé vrstvy hrbolků hlavičky zlatého nehtu a maximální napětí se objevuje na spojovacím kontaktním povrchu první vrstvy hrbolků hlavičky zlatého nehtu a druhé vrstvy zlatý hřeb hlavičky hrbolky.

VI,Za šesté, shrnutí technologie naražení hlavy zlatého hřebu
Ve srovnání s tradiční technologií spojování drátů jsou nárazové elektrody v zóně spojování pájecí technologie flip chip bonding nejen distribuovány podél okraje kolem čipu, ale mohou být distribuovány přepojením, takže technologie flip chip bonding má následující výhody:
(1) Propojovací vodiče jsou velmi krátké a rozptylová kapacita, propojovací odpor a propojovací indukčnost generované propojením jsou mnohem menší než u WB. Aby to více napomáhalo aplikaci vysokofrekvenčních a vysokorychlostních elektronických produktů.
(2) Propojení osazená na čipu zabírají malou plochu substrátu a mají vysokou hustotu osazení na čipu.
BibliogrAFY:
(1) Kong Lingsong: Výzkum kontroly kvality tepelného ultrazvukového spojování čipů Gold Bump (2) Wang Jiao, formování a mechanismus reakce rozhraní hrbolu hlavičky hřebíku _Pájené kovové spoje na bázi Sn
(3) Tang Wenliang, Simulace a výzkum spolehlivosti flip laminovaného zlatého hřebíku s klíčem

KONEC