Дізнайтеся про технологію Gold Nail Head Bump (SBB) Flip Chip

0040-02544 Верхня частина тіла, Dps Metal

0020-33806 Верхня камера Dps + Poly

 

вчитисяAпроGстарийNхворийHеадBump (SBB)TтехнологіяFгубаCстегно

У цій статті детально описано технологію удару головки цвяха золота в технології фліп-чіп.

I. розвиток технології упаковки напівпровідників
Технологія мікроелектронної упаковки розвивалася разом із розвитком форм пристроїв, і історія її розвитку також є історією постійного вдосконалення продуктивності пристроїв і постійної мініатюризації систем. Виходячи з класифікації способу установки пристрою на підкладку, мікроелектронну упаковку можна розділити на наступні етапи розвитку:
Перший етапбула ера монтажу через отвір (THD) до 80-х років 20 століття, представлена ​​пакетами типу TO та дворядними пакетами. Функція IC відносно проста, кількість проводів невелика, пакет можна вручну вставити в наскрізний отвір друкованої плати, крок свинцю фіксований, збільшення кількості проводів означатиме збільшення пакета розмір, а максимальна щільність кріплення пакета 10pin/cm2.
Другий етапбула епохою поверхневого монтажу (SMT, surface mount/surface mount) у 80-х роках 20-го століття, яка була представлена ​​пакетом малих контурів (SOP) і плоским пакетом (QFP), що значно збільшило кількість контактів і щільність монтажу, і був революцією в технології пакування того часу. Концепція дизайну цих упаковок відрізняється від DIP (Dual In-Line Package) тим, що розмір корпусу упаковки є фіксованим, а крок свинцю по периметру змінюється за потреби, що також підвищує продуктивність, з максимальною кількістю свинців 300 і щільність монтажу 10-50pin/cm2, що також є золотим віком пластикової упаковки з металевим свинцем.
Третій етапце епоха блоків паяльних кулькових масивів (BGA)/пакет розміру мікросхеми (CSP) у 90-х роках 20-го століття, крок свинцю BGA становить переважно 1,5 мм та 1,27 мм, розширення кроку свинцю значною мірою сприяє прогресу інсталяційної технології та підвищенню ефективності виробництва, щільність інсталяції корпусу BGA становить близько 40-60pin/cm2, а потім Японія використала концепцію BGA на рівні чіпа та розробила пакет CSP із менший крок свинцю, крок свинцю може бути меншим за 1,0 мм, а пакет CSP додатково зменшує розмір і вагу виробу, підвищуючи конкурентоспроможність продукту, а ера BGA перейшла до ери BGA/CSP .

Існує чотири основні технології для створення упаковки в масштабі мікросхеми: Wire Bonding (WB), Tape Automated Bonding (TAB), Flip Chip (FC) і Through Silicon Via (TSV). Технологія WB відноситься до склеювання металевих проводів і контактних майданчиків під дією ультразвуку та поділяється на термоультразвукове сферичне склеювання та ультразвукове клинове склеювання відповідно до методу склеювання. На WB припадає 90% ринку упаковки для мікросхем завдяки своїй чудовій надійності, але оскільки з’єднання, утворене дротяним склеюванням, має певну висоту, яка впливає на розмір упаковки, створює затримку електричного сигналу та збільшує значення опору. , пошук нової технології первинного пакування, придатної для упаковки малого розміру, став гарячою точкою досліджень.
Технологія TAB — це технологія, яка за один раз приєднує чіпи до несучих стрічок за допомогою свинцевих смужок під матрицею для гарячого штампування, а виготовлення металевих виступів, несучих стрічок і штампів для гарячого штампування за цією технологією створює серйозні проблеми для масового виробництва.
Технологія TSV є новою технологією, що з’являється, зв’язок у цій технології головним чином залежить від з’єднання між мідним виступом і попередньо покритим шаром Au в наскрізному кремнієвому отворі, який підходить для 3D-ламінованої упаковки, а також тому, що електронні продукти мають Високі вимоги до розміру корпусу, розмір наскрізних силіконових отворів дуже малий, тому рівномірність покриття Au в наскрізних силіконових отворах і надійність з’єднання поставили великі проблеми для розробки та застосування цієї технології.

II. Технологія FlipChip
Технологія FlipChip (FC) — це метод інвертування активної сторони мікросхеми для вирівнювання підкладки для мікроз’єднання. Інверсія активного пристрою зменшує розмір упаковки електронних виробів, а завдяки контрольованому розміру паяного з’єднання, цей метод підходить для упаковки електронних виробів високої інтеграції та високої потужності з дрібним кроком штифтів. Принципова схема фліп-чіпа виглядає наступним чином:

Для того, щоб реалізувати процес фліп-чіпа, необхідно реалізувати виробництво нерівностей на поверхні чіпа, і існує шість загальних методів утворення нерівностей: Stud Bump Bond, випаровування припою, гальванічне припой, друкований припой, кульковий удар і перенесення припою. У упаковці камери мобільного телефону, яку ми використовуємо в повсякденному житті, технологія, яка використовується для з’єднання чіпа зображення з підкладкою, — це з’єднання з золотим шляпкою (SBB) у фліп-чіпі:


ІII.Що таке SBB (SBB, Stud Bump Bond)?
Виготовлення фліп-чіп-головки цвяха полягає у використанні безповітряної повітряної кулі(SBB, Stud Bump Bond)утворений металевим дротом для з’єднання порту вводу/виводу мікросхеми з штифтом упаковки або зоною пайки проводів на підкладці;
Під спільною дією ультразвукової енергії, тиску з’єднання та інших факторів оксиди та бруд на поверхні з’єднувального поділу видаляються, і одночасно відбувається пластична деформація з’єднувального поділу, так що дислокація відбувається в металі. межі з’єднання, і дифузія атомів стимулюється, утворюючи тверду металеву відкидну головку цвяха.
Для ультразвукового склеювання золотим дротом із гарячим пресуванням діаметр золотого дроту зазвичай становить від 0.5mil ~ 2.5mil (1mil=25μm), матеріал пластини для фліп-чіпів – це, як правило, алюмінієва пластина (є також позолочені колодки), а поверхня покрита алюмінієм (золотом) товщиною приблизно 2 мкм.
На наступній схемі показано обладнання та аксесуари, необхідні для виготовлення позолочених шишок, включаючи склеювальну машину, капіляр (Capillary capillary) і золотий дріт:

Серед них склеювальна машина типу Kulicke and Soffa (KS) більш широко використовується в промисловості склеювальних машин, а внутрішня структура обладнання показана нижче:

Частина зварювальної головки обладнання є ключовою частиною виробництва золотої головки цвяха, як показано на малюнку нижче, частина зварювальної головки включає в себе натягувач свинцю, скляну свинцеву трубку, електрод (також відомий як запальничка). ), капіляр (також відомий як капіляр) і затискач із золотого дроту.

На етапі підготовки склеювання затискач дроту розкривається, і нагрівальний блок нагрівається до певної температури; Капіляр пересувають на деяку відстань так, щоб гирло капіляра було близько до запальнички. У цей час електронна система запалювання вивільняє близько 2000 В високовольтної електрики за дуже короткий час, так що між хвостовим дротом золотого дроту на кінці капіляра та електродом запальнички утворюється петля, так що Невелика ділянка золотого дроту, що піддається впливу гирла капіляра, утворюється під дією струму FAB (Free air ball), а потім капіляр продовжує рухатися вниз, так що FAB контактує з пластиною мікросхеми, а FAB утворює фіксується форма пирога під дією склеювального тиску, а потім тиск капіляра знижується. Ультразвукова енергія починає діяти, щоб утворити міцне з’єднання між FAB і прокладкою, після завершення з’єднання капіляр переміщується на таку відстань, щоб капілярне сопло могло залишити невеликий шматочок золотого дроту, щоб утворити FAB. під час наступної роботи зі склеюванням свічки запалювання капіляр перестає підніматися після переміщення вгору, дротяний затискач затягує золотий дріт, капіляр продовжує рухатися вгору разом із дротяним затискачем і золотим дротом, і золотий дріт у процесі розривається руху вгору, залишаючи горб на головці цвяха.
Перший шар золотистої головки цвяха прикріплюється до алюмінієвої подушечки, і на основі завершення першого шару золотистої головки цвяха приклеюється другий шар золотої головки цвяха, щоб реалізувати склеювання всього ламінована золота головка цвяха, і весь процес склеювання подібний до процесу склеювання першого шару золотої головки цвяха. На процес склеювання золотих головок цвяхів головним чином впливають тиск склеювання, сила склеювання та час склеювання. Процес утворення золотої головки цвяха показано на наступному малюнку:

Процес склеювання золотих головок цвяхів головним чином поділяється на три етапи: перший етап — це етап зіткнення, тобто етап концентрації тиску склеювання, який характеризується максимальним тиском склеювання, а потужність склеювання на цьому етапі не застосовується. Другий етап — це етап підготовки до з’єднання, де капіляр готується до з’єднання між виступом золотої головки цвяха та подушечкою; На цьому етапі тиск зчеплення зменшується. Третя стадія — це стадія з’єднання, яка є стадією, на якій золотий виступ і подушечка утворюють зв’язок, і стадією, на якій сила з’єднання та тиск з’єднання працюють разом; На цій стадії під дією ультразвуку капіляр починає інтенсивно рухатися, поверхня зчеплення руйнується, і за дуже короткий час швидко утворюється міцний зв’язок.

IV. Фактори, що впливають на шишку золотого цвяха
1, вибір капіляра
У процесі склеювання ламінованої золотистої головки цвяха консистенція кожного золотистого кріплення головки цвяха є ключовим фактором для забезпечення успіху зв’язку. Розмір капіляра визначає характеристики з’єднання ламінованої золотої головки цвяха та геометричні характеристики золотої головки цвяха. Тому, щоб отримати золотисту головку цвяха з хорошою консистенцією зв’язку, необхідно підібрати відповідний капіляр. Розмір капілярного отвору (H), діаметр фаски (CD) і кут фаски (CA) зазвичай є найважливішими довідковими факторами для вибору капіляра.
Нижче наведено відповідний параметр Куліке та Софи (капіляр):


2, Ефект першого шару золотого ефекту удару головки нігтя
Перевернуте ламіноване золоте склеювання голівки цвяха полягає в тому, щоб завершити перший шар склеювання золотистої головки цвяха, а потім другий шар склеювання золотистої головки цвяха, тобто ламінована золота головка цвяха складається з першого шару золотого цвяха шишка на голові та другий шар золотого цвяха на голові. На наступному малюнку зображено діаграму мікроструктури першого шару золотистої головки цвяха та ламінованої золотистої головки цвяха відповідно.
Перший шар золотого склеювання головки цвяха є компонентом ламінованого золотого склеювання головки цвяха, а якість першого шару золотого скріплення голівки цвяха та параметри його розміру впливають на другий шар золотого склеювання головки цвяха. .


Ключові параметри розміру першого шару золотої головки цвяха показані на малюнку нижче, де d – діаметр золотого дроту, який визначається золотою дротом, який використовується для склеювання, висота h визначається формою склеювальний капіляр, а висота золотого виступу голівки цвяха H і максимальний радіальний діаметр D золотого виступу головки цвяха спільно визначаються параметрами процесу з’єднання.

Покращення якості золотого цвяха головним чином відбувається за рахунок оптимізації таких факторів:
(a) (Розміщення шишки)
(b) (Бумп зсув)
(c) (діаметр нерівності)
(d) (Товщина нерівності)
(e) (Висота горбка)
(f) (Випробування кратера)
(є)(ІМК)
Вимірювання тяги золотої кулі перевіряється відповідно до наступного малюнка:

Для деяких поширених проблем у практичних застосуваннях їх можна покращити з таких аспектів:


V. Симуляційний аналіз нерівностей голівки золотих цвяхів
Завдяки моделюванню та аналізу всього процесу склеювання золотого дроту дані моделювання показані на наступному малюнку:

На етапі зіткнення голівки золотого цвяха розподіл напруги нерівномірний, а рівень напруги відносно високий, а область із великим рівнем напруги розташована всередині виступу голівки золотого цвяха та контактної поверхні між золотий виступ і подушечка, і ці області є областями, де зосереджено тиск з’єднання.
На наступному малюнку показано позитивний вигляд розподілу напруги колодки, напруга колодки зосереджена в круглій області з центром з’єднання в центрі кола, в якому більша напруга розподіляється на периферійній ділянці кола, і є чітка межа з меншою зоною напруги, де деформація прокладки буде більш інтенсивною, а сильна деформація спричинить більше дислокацій і полегшить утворення зв’язків. На зображенні праворуч показаний слід зв’язку золотої головки цвяха. Біла область є областю формування з’єднання, і можна побачити, що з’єднання в основному утворюється в периферійній області концентричного кола з центром у геометричному центрі прокладки, що відповідає більшій площі розподілу напруги під час фліп золотий цвях голівка шишка процес склеювання.

Склеювання ламінованих золотих головок для цвяхів полягає в завершенні другого шару золотих головок для цвяхів на основі завершення першого шару золотих головок для цвяхів. Під час усього процесу склеювання капіляр впливає як на напругу, так і на деформацію першого шару золотих головок цвяхів і другого шару золотих виступів.

Як показано на наступному малюнку, на стадії зіткнення склеювання ламінованої золотистої голівки цвяха вищий рівень напруги ламінованої золотистої головки цвяха головним чином розподіляється всередині двох золотих виступів головки цвяха поблизу контактної поверхні верхні та нижні золоті виступи цвяхів, у яких більша напруга зосереджена в другому шарі золотих виступів цвяхів, а максимальне напруження з’являється на контактній поверхні першого шару золотих виступів цвяхів і другого шару золото цвях голова шишки.

VI,По-шосте, короткий опис технології удару головки золота
Порівняно з традиційною технологією з’єднання дротів, електроди в зоні з’єднувального припою технології з’єднання фліп-чіпів розподіляються не лише вздовж краю навколо мікросхеми, але й можуть розподілятися за допомогою повторного з’єднання, тому технологія склеювання фліп-чіпів має такі переваги:
(1) Дроти з’єднання дуже короткі, а паразитна ємність, з’єднувальний резистор та індуктивність з’єднання, створювані з’єднанням, набагато менші, ніж у WB. Таким чином, щоб бути більш сприятливим для застосування високочастотних і високошвидкісних електронних продуктів.
(2)Міжроз’єми, встановлені на мікросхемі, займають невелику площу підкладки та мають високу щільність монтажу мікросхеми.
БібліогрАФІ%3А
(1) Конг Лінсонг: Дослідження контролю якості термічного ультразвукового з’єднання фліп-чіпів Gold Bump (2) Ван Цзяо, Механізм формування та реакції на межі розділу при вирівнюванні головки цвяха _пайки металевих з’єднань на основі Sn
(3) Тан Веньлян, моделювання та дослідження надійності ламінованого золотого ключа для головки цвяха

КІНЕЦЬ