Lisateavet flip-kiibi kuldnaelapea punni (SBB) tehnoloogia kohta

0040-02544 Ülemine keha, Dps metallist

0020-33806 Ülemise kambri Dps + Poly

 

ÕppigeAkohtaGvanaNailHeadBum (SBB)TeknoloogiaFhuuleCpuusa

Selles artiklis kirjeldatakse flip chip tehnoloogia kuldnaelapea löömise tehnoloogiat.

I. pooljuhtide pakendamise tehnoloogia arendamine
Mikroelektrooniline pakendamistehnoloogia on arenenud koos seadmevormide arenguga ning selle arengulugu on ka seadmete jõudluse pideva täiustamise ja süsteemide pideva miniaturiseerimise ajalugu. Seadme aluspinnale paigaldamise meetodi klassifikatsiooni järgi võib mikroelektroonika pakendi jagada järgmisteks arendusetappideks:
Esimene etappoli läbi aukude paigaldamise (THD) ajastu enne 20. sajandi 80ndaid, mida esindasid TO-tüüpi paketid ja kahekordsed in-line paketid. IC funktsioon on suhteliselt lihtne, juhtmete arv on väike, pakendi saab käsitsi sisestada PCB läbivasse auku, plii samm on fikseeritud, juhtmete arvu suurenemine tähendab pakendi suurenemist suurus ja pakendi maksimaalne paigaldustihedus on 10 pin/cm2.
Teine etappoli 20. sajandi 80ndatel pinnale paigaldamise (SMT, Surface mount/surface mount) ajastu, mida esindasid väike kontuuripakett (SOP) ja flat pack (QFP), mis suurendas oluliselt tihvtide arvu ja koostu tihedust, ja oli tol ajal revolutsioon pakenditehnoloogias. Nende pakendite disainikontseptsioon erineb DIP-st (Dual In-Line Package) selle poolest, et pakendi korpuse suurus on fikseeritud ja juhtsamm ümber perimeetri varieerub vastavalt vajadusele, mis parandab ka tootlikkust, kusjuures maksimaalne juhtmete arv on 300 ja paigaldustihedus 10-50pin/cm2, mis on ühtlasi metallist pliiga plastpakendite kuldaeg.
Kolmas etappon jootekuuli massiivi paketi (BGA) / kiibi suuruse paketi (CSP) ajastu 20. sajandi 90 s, BGA juhtsamm on peamiselt 1,5 mm ja 1,27 mm, juhtsammu laienemine soodustab oluliselt paigaldustehnoloogia edenemist ja tootmise efektiivsuse parandamist, BGA paketi paigaldustihedus on umbes 40-60pin/cm2 ning seejärel kasutas Jaapan BGA kontseptsiooni kiibi tasemel ja töötas välja CSP paketi koos väiksem plii samm, plii samm võib olla alla 1,0 mm ja CSP pakett vähendab veelgi toote suurust ja kaalu, parandades toote konkurentsivõimet ning BGA ajastu on üle läinud BGA/CSP ajastule .

Kiibipõhise pakendamise saavutamiseks on neli peamist tehnoloogiat: juhtmete liimimine (WB), automaatne liimimine (TAB), klappkiip (FC) ja läbi silicon via (TSV). WB-tehnoloogia viitab metalljuhtmete ja -patjade ühendamisele ultraheli toimel ning see jaguneb vastavalt sidumismeetodile termoultraheli sfääriliseks sidumiseks ja ultrahelikiiluks. WB moodustab 90% kiibipakendite turust tänu oma suurepärasele töökindlusele, kuid kuna traadiga ühendamisel moodustatud ühendusel on teatud kõrgus, mis mõjutab pakendi suurust, tekitab elektrisignaali viivituse ja suurendab takistuse väärtust. , on väikesemõõtmeliste pakendite jaoks sobiva uue esmase pakendamise tehnoloogia otsimine muutunud uurimistööks.
TAB-tehnoloogia on tehnoloogia, mis seob kiibid ühe korraga kuumstantsimisvormi all pliiribadega kandelintidega ning selle tehnoloogiaga metallkonaruste, kandelintide ja kuumstantsimisvormide valmistamine toob masstootmisele kaasa suuri väljakutseid.
TSV-tehnoloogia on esilekerkiv uus tehnoloogia, ühendus selles tehnoloogias sõltub peamiselt ühendusest Cu-muhke ja 3D-lamineeritud pakendite jaoks sobivas läbiva räni läbivas läbiva läbiva läbiva kihi Au-kihi vahel ning kuna elektroonikatoodetel on kõrged nõuded pakendi suurusele, läbiva räni läbiviigude suurus on väga väike, seega on Au-katte ühtlus läbiva räni läbiviikudes ja ühenduse usaldusväärsus toonud selle tehnoloogia arendamisse ja rakendamisesse suuri väljakutseid.

II. FlipChip tehnoloogia
FlipChip (FC) tehnoloogia on meetod kiibi aktiivse külje ümberpööramiseks, et joondada põhimik mikroühenduse jaoks, aktiivse seadme ümberpööramine vähendab elektroonikatoodete pakendi suurust ja tänu jootekoha kontrollitavale suurusele, see meetod sobib suure integreeritusega ja suure võimsusega peene tiivavahega elektroonikatoodete pakendamiseks. Flip-kiibi skemaatiline diagramm on järgmine:

Flip-kiibi protsessi realiseerimiseks on vaja realiseerida konaruste tekitamine kiibi pinnale ja seal on kuus levinumat konaruste moodustamise meetodit: Stud Bump Bond, aurustusjoodetapp, galvaniseeriv joodetapp, trükitud jootemuhk, kuulmuhk ja jootmise ülekandemuhk. Igapäevaelus kasutatavas mobiiltelefoni kaamerapakendis on kujutise kiibi aluspinnaga ühendamiseks kasutatav tehnoloogia klappkiibis olev kuldnaelapea (SBB) ühendus:


III.Mis on SBB (SBB, Stud Bump Bond)?
Flip chip naelapea muhvi valmistamisel kasutatakse õhuvaba õhupalli(SBB, Stud Bump Bond)moodustatud metalltraadist, et ühendada kiibi sisend-/väljundport pakenditihvti või juhtmestiku jootealaga aluspinnal;
Ultrahelienergia, sidumisrõhu ja muude tegurite koosmõjul eemaldatakse oksiidid ja mustus ühendusliidese pinnalt ning samal ajal toimub sideliidese plastiline deformatsioon, nii et dislokatsioon toimub metallis. ühendusliidesest ja aatomi difusiooni stimuleeritakse, moodustades kindla metallist klappnaelapea muhke.
Kuldtraadi kuumpressimise ultraheliliimimise korral on kuldtraadi läbimõõt tavaliselt vahemikus 0,5–2,5 mil (1 mil=25 μm), klapipadja materjal on tavaliselt alumiiniumist padjake (seal on ka kullatud padjad) ja pind on kaetud alumiiniumiga (kullaga), mille paksus on umbes 2 μm.
Järgmisel diagrammil on kujutatud kullaga kaetud konaruste tegemiseks vajalikud seadmed ja tarvikud, sealhulgas liimimismasin, kapillaar (kapillaarkapillaar) ja kuldtraat:

Nende hulgas kasutatakse Kulicke ja Soffa (KS) tüüpi liimimismasinaid laialdasemalt liimimismasinate tööstuses ning seadmete sisemine struktuur on näidatud allpool:

Seadme keevituspea osa on kuldse naelapea muhvi valmistamise põhiosa, nagu on näidatud alloleval joonisel, keevituspea osa sisaldab pliipingutit, klaasist pliitoru, elektroodi (tuntud ka kui tulemasin ), kapillaar (tuntud ka kui kapillaar) ja kuldtraadiklamber.

Liimimise ettevalmistamise etapis avatakse traadiklamber ja kütteplokk on kuumutatud teatud temperatuurini; Kapillaar nihutatakse teatud kaugusele allapoole, nii et kapillaari suu oleks tulemasina lähedal. Sel ajal vabastab elektrooniline süütesüsteem väga lühikese aja jooksul umbes 2000 V kõrgepinge elektrit, nii et kapillaari otsas oleva kuldtraadi sabatraadi ja välgumihkli elektroodi vahele moodustub silmus. väike osa kuldtraadist, mis on avatud kapillaari suudmele, moodustub praeguse FAB (vaba õhupalli) toimel ja seejärel jätkab kapillaar liikumist allapoole, nii et FAB on kontaktis kiibipadjaga ja FAB moodustab fikseeritud piruka kuju sidumisrõhu toimel ja seejärel vähendatakse kapillaari rõhku. Ultraheli energia hakkab toimima, et moodustada FAB ja padja vahel kindel ühendus. Pärast sidumise lõpetamist liigub kapillaar nii palju üles, et kapillaari otsik saaks jätta väikese tüki kuldtraadist, moodustades FAB. järgmiseks süüteküünla sidumistööks lõpetab kapillaar tõusmise pärast vahemaa ülespoole liikumist, traadiklamber pingutab kuldtraati, kapillaar jätkab liikumist koos traadiklambri ja kuldtraadiga üles ning kuldtraat katkeb protsessi käigus ülespoole liikumisest, jättes naelapea muhke.
Esimene kiht kuldne naelapea konarus liimitakse alumiiniumpadjale ja esimese kuldnaelapea muhke kihi valmimise põhjal ühendatakse teine ​​kiht kuldnaelapea konarus, et saavutada kogu ühendus. lamineeritud kullast küünepea muhk ja kogu liimimisprotsess sarnaneb esimese kihi kuldnaelapea muhke sidumisprotsessiga. Kuldnaelapea konaruste sidumisprotsessi mõjutavad peamiselt sidumisrõhk, sidumisvõimsus ja sidumisaeg. Kuldnaelapea muhke moodustumise protsess on näidatud järgmisel joonisel:

Kuldnaelapeaga muhke sidumisprotsess jaguneb peamiselt kolmeks etapiks: esimene etapp on kokkupõrkeetapp, see tähendab sidumisrõhu kontsentreerimise etapp, mida iseloomustab maksimaalne sidumisrõhk ja selles etapis ei rakendata sidumisjõudu. Teine etapp on sidumise ettevalmistamise etapp, kus kapillaar valmistub ühendamiseks kuldnaelapea muhke ja padja vahel; Selles etapis sidumisrõhk väheneb. Kolmas etapp on sidumisetapp, mis on etapp, kus kuldmuhk ja padi moodustavad sideme, ning etapp, kus sidumisjõud ja sidumisrõhk töötavad koos; Selles etapis hakkab kapillaar ultraheli toimel ägedalt liikuma, sidepind hävib ja väga lühikese ajaga tekib kiiresti tugev side.

IV.Kuldnaelapea kühmu mõjutavad tegurid
1, kapillaari valik
Flip-lamineeritud kullast naelapeaga muhkeliimimisprotsessis on iga kuldnaelapea konsistents sideme õnnestumise tagamisel võtmetegur. Kapillaari suurus määrab lamineeritud kullast naelapea muhke sidumisomadused ja kuldnaelapea geomeetrilised omadused. Seetõttu on hea sideme konsistentsiga kuldse naelapea muhke saamiseks vaja valida sobiv kapillaar. Kapillaari ava suurus (H), faasi läbimõõt (CD) ja kaldenurk (CA) on tavaliselt kõige olulisemad võrdlustegurid kapillaari valikul.
Allolev joonis on Kulicke ja Soffa (kapillaar) asjakohane parameeter:


2, esimese kihi kuldne küünepea mõju
Flip-lamineeritud kullast naelapea muhke liimimine on mõeldud esimese kihi kuldnaelapeaga muhkliimimiseks ja seejärel teise kihi kuldnaelapeaga muhkliimimiseks, see tähendab, et lamineeritud kuldnaelapea punn koosneb esimesest kuldnaela kihist. pea muhk ja teine ​​kiht kuldne naelapea muhk. Järgmisel joonisel on kujutatud vastavalt esimese kihi kuldnaelapea ja lamineeritud kuldnaelapea muhke mikrostruktuuri diagramm.
Kuldnaelapeaga muhkliimimise esimene kiht on lamineeritud kullast naelapeaga muhkeliimimise komponent ning esimese kuldnaelapeaga muhkeliimimise kihi kvaliteet ja selle suuruse parameetrid mõjutavad teist kuldnaelapeaga muhke sidumise kihti. .


Kuldnaelapea esimese kihi peamised suuruse parameetrid on näidatud alloleval joonisel, kus d on kuldtraadi läbimõõt, mille määrab sidumiseks kasutatud kuldtraat, kõrguse h määrab traadi kuju. liimimiskapillaar ja kuldnaelapea muhke H kõrgus ja kuldnaelapea muhke maksimaalne radiaalne läbimõõt D määratakse ühiselt sidumisprotsessi parameetritega.

Kuldnaelapea muhke kvaliteeti parandatakse peamiselt järgmiste tegurite optimeerimise kaudu:
(a)(Kõrva paigutus)
(b) (muhke lõikamine)
(c)( löögi läbimõõt)
(d) (muhke paksus)
(e) (muhvi kõrgus)
(f) (kraatri test)
(g)(IMC)
Kuldse kuuli tõukejõu mõõtmist testitakse järgmise pildi järgi:

Mõnede praktiliste rakenduste levinumate probleemide korral saab neid parandada järgmistest aspektidest:


V. Kuldnaelapea punnide simulatsioonianalüüs
Kuldtraadi sidumise kogu protsessi simuleerimise ja analüüsi kaudu on simulatsiooniandmed näidatud järgmisel joonisel:

Kuldnaelapea muhke kokkupõrke staadiumis on kuldnaelapea muhke pingejaotus ebaühtlane ja pingetase suhteliselt kõrge ning suure pingetasemega ala asub kuldnaelapea muhke ja küünepea vahelise kontaktpinna sees. kuldne muhk ja padi ning need alad on piirkonnad, kuhu on koondunud sidumisrõhk.
Järgmisel joonisel on positiivne vaade padja pinge jaotusest, padja pinge on koondunud ringikujulisse piirkonda, mille ühenduskese on ringi keskpunkt, mille puhul suurem pinge jaotub ringi perifeerses piirkonnas, ja väiksema pingealaga on selge piir, kus padja deformeerumine on intensiivsem ja äge deformatsioon põhjustab rohkem nihestusi ja muudab sideme sidemete moodustumise lihtsamaks. Parempoolsel pildil on kujutatud kullast naelapea muhke sidumisjälgi. Valkjas ala on sidet moodustav ala ja on näha, et side moodustub peamiselt padja geomeetrilisele keskpunktile koondunud kontsentrilise ringi perifeerses piirkonnas, mis vastab suuremale pingejaotusalale. flip gold nail head bump bonding protsess.

Flip-lamineeritud kuldnaelapea konaruste liimimine seisneb kuldnaelapea konaruste teise kihi valmimises, võttes aluseks esimese kuldnaelapea konaruste kihi. Kogu liimimisprotsessi vältel avaldab kapillaar mõju nii esimese kuldnaelapea punnide kui ka teise kihi kuldnaelapea konaruste pingele ja pingele.

Nagu on näidatud järgmisel joonisel, jaotub ümberpööratud lamineeritud kullast naelapea konaruste kokkupõrke staadiumis ümberpööratud lamineeritud kullast naelapea muhke kõrgem pingetase peamiselt kahe kuldnaelapea konarusi sisemusse, mis on kontaktpinna lähedal. ülemised ja alumised kuldnaelapea konarused, mille puhul suurem pinge koondub kuldnaelapea konaruste teise kihti ning maksimaalne pinge ilmneb esimese kihi kuldnaelapea konaruste ja teise kihi ühenduspinnal. kullast naelapea punnid.

VI,Kuuendaks, kuldnaelapeaga tehnoloogia kokkuvõte
Võrreldes traditsioonilise traadi sidumistehnoloogiaga, ei ole flip chip bonding tehnoloogia liimimisjoodetsoonis olevad löökelektroodid mitte ainult jaotatud piki kiibi serva, vaid neid saab jaotada ümber juhtmetega, seega on klappkiibi sidumistehnoloogial järgmised eelised:
(1) Ühendusjuhtmed on väga lühikesed ning vastastikuse ühenduse tekitatud hajuv mahtuvus, ühendustakisti ja ühendusinduktiivsus on palju väiksemad kui WB-l. Et soodustada kõrgsageduslike ja kiirete elektroonikatoodete kasutamist.
(2) Kiibile paigaldatud ühendused hõivavad väikese aluspinna ja neil on suur kiibile paigaldatud tihedus.
BibliogrEmpty string
(1)Kong Lingsong: Kuldmuhvi termilise ultraheli-ultraheli flip-chip liimimise kvaliteedikontrolli uurimine (2) Wang Jiao, Naelapea muhke vormimine ja liidese reaktsioonimehhanism _Sn-põhiste kõvajoodisega metallvuukide
(3) Tang Wenliang, ümberpööratava lamineeritud kullast naelapeaga võtmete simulatsiooni- ja töökindlusuuringud

LÕPP