Flip Chip'in Altın Çivi Baş Çarpması (SBB) Teknolojisi Hakkında Bilgi Edinin

0040-02544 Üst Gövde, Dps Metal

0020-33806 Üst Oda Dps + Poli

 

ÖğrenmekAhakkındaGeskimişNhastaHeadBpompa (SBB)TteknolojisiFdudakCbelki

Bu makale, flip çip teknolojisindeki altın çivi kafa çarpma teknolojisinin ayrıntılarını vermektedir.

I. yarı iletken paketleme teknolojisinin gelişimi
Mikroelektronik paketleme teknolojisi, cihaz formlarının gelişmesiyle birlikte gelişmiştir ve gelişim geçmişi aynı zamanda cihaz performansının sürekli iyileştirilmesi ve sistemlerin sürekli minyatürleştirilmesinin tarihidir. Cihazın alt tabakaya kurulum yönteminin sınıflandırılmasından mikroelektronik paketleme aşağıdaki geliştirme aşamalarına ayrılabilir:
İlk aşamaTO tipi paketler ve ikili sıralı paketlerle temsil edilen, 20. yüzyılın 80'li yıllarından önceki delik içinden montaj (THD) dönemiydi. IC'nin işlevi nispeten basittir, uç sayısı azdır, paket PCB'nin açık deliğine manuel olarak yerleştirilebilir, uç aralığı sabittir, uç sayısındaki artış pakette bir artış anlamına gelecektir boyutundadır ve paketin maksimum montaj yoğunluğu 10pin/cm2'dir.
İkinci aşama20. yüzyılın 80'li yıllarında küçük taslak paket (SOP) ve düz paket (QFP) ile temsil edilen ve pin sayısını ve montaj yoğunluğunu büyük ölçüde artıran yüzeye montaj (SMT, yüzeye montaj/yüzeye montaj) dönemiydi, ve o zamanlar paketleme teknolojisinde bir devrimdi. Bu paketlerin tasarım konsepti, paket gövdesinin boyutunun sabit olması ve çevre etrafındaki kurşun aralığının ihtiyaca göre değişmesi açısından DIP'den (İkili Hat İçi Paket) farklıdır; bu aynı zamanda maksimum kurşun sayısıyla üretkenliği artırır. 300 ve 10-50pin/cm2 montaj yoğunluğu, aynı zamanda metal kurşunlu plastik ambalajın altın çağıdır.
Üçüncü aşama20. yüzyılın 90'larındaki lehim topu dizisi paketi (BGA) / çip boyutu paketi (CSP) dönemidir, BGA'nın kurşun aralığı esas olarak 1,5 mm ve 1,27 mm'dir, kurşun aralığının genişlemesi kurulum teknolojisinin ilerlemesini ve üretim verimliliğinin iyileşmesini büyük ölçüde teşvik etmektedir, BGA paketinin kurulum yoğunluğu yaklaşık 40-60pin/cm2'dir ve daha sonra Japonya, BGA kavramını çip düzeyinde kullanmış ve aşağıdaki özelliklere sahip bir CSP paketi geliştirmiştir: Daha küçük kurşun aralığı, Kurşun aralığı 1,0 mm kadar küçük olabilir ve CSP paketi ürünün boyutunu ve ağırlığını daha da azaltarak ürünün rekabet gücünü artırır ve BGA dönemi, BGA/CSP dönemine geçiş yapmıştır. .

Çip ölçeğinde paketleme elde etmek için dört ana teknoloji vardır: Tel Bağlama (WB), Bantla Otomatik Bağlama (TAB), Flip Chip (FC) ve Through Silicon Via (TSV). WB teknolojisi, metal uçların ve pedlerin ultrasonik etki altında bağlanmasını ifade eder ve bağlama yöntemine göre termoultrasonik küresel bağlama ve ultrasonik kama bağlamaya ayrılır. WB, mükemmel güvenilirliği nedeniyle çip ölçekli ambalaj pazarının %90'ını oluşturur, ancak tel bağlamayla oluşturulan bağlantının, paketin boyutunu etkileyen, elektrik sinyalinde gecikme oluşturan ve direnç değerini artıran belirli bir yüksekliğe sahip olması nedeniyle küçük boyutlu ambalajlara uygun yeni bir birincil ambalajlama teknolojisi arayışı, araştırmaların sıcak noktası haline geldi.
TAB teknolojisi, sıcak damgalama kalıbı altında kurşun şeritler ile talaşları taşıyıcı bantlara tek seferde bağlayan bir teknoloji olup, bu teknolojide metal darbeler, taşıyıcı bantlar ve sıcak damgalama kalıplarının imalatı seri üretime büyük zorluklar getirmektedir.
TSV teknolojisi yeni ortaya çıkan yeni bir teknolojidir; bu teknolojideki bağlantı esas olarak Cu çıkıntı ile 3D lamine paketleme için uygun olan silikon yoluyla önceden kaplanmış Au katmanı arasındaki bağlantıya bağlıdır ve elektronik ürünler Paket boyutuna yönelik yüksek gereksinimler, içten silikon yolların boyutu çok küçüktür, bu nedenle içten silikon yollardaki Au kaplamanın tekdüzeliği ve bağlantının güvenilirliği, bu teknolojinin geliştirilmesine ve uygulanmasına büyük zorluklar getirmiştir.

II. FlipChip teknolojisi
FlipChip (FC) teknolojisi, mikro bağlantı için alt tabakayı hizalamak amacıyla çipin aktif tarafını ters çevirme yöntemidir; aktif cihazın ters çevrilmesi, elektronik ürünlerin paket boyutunu azaltır ve lehim bağlantısının kontrol edilebilir boyutu nedeniyle, bu yöntem, ince pin aralıklı, yüksek entegrasyonlu ve yüksek güçlü elektronik ürünlerin paketlenmesi için uygundur. Flip çipin şematik diyagramı aşağıdaki gibidir:

Flip chip işlemini gerçekleştirmek için, çipin yüzeyinde tümsek oluşumunun gerçekleştirilmesi gerekir ve altı yaygın tümsek oluşturma yöntemi vardır: Stud Bump Bond, buharlaşma lehim tümseği, elektrokaplama lehim tümseği, baskılı lehim tümseği, bilya tümseği ve lehim transfer tümseği. Günlük yaşamda kullandığımız cep telefonu kamera ambalajında, görüntüleme çipini alt tabakaya bağlamak için kullanılan teknoloji, çevirmeli çipteki altın çivi kafa çıkıntısı (SBB) bağlantısıdır:


III.SBB(SBB, Stud Bump Bond) nedir?
Çevirmeli çivi baş çıkıntısının imalatı havasız bir balon kullanmaktır(SBB, Stud Bump Bond)çip I/O portunu paket pimi veya alt tabaka üzerindeki kablo lehim alanı ile birbirine bağlamak için metal telden oluşturulmuştur;
Ultrasonik enerjinin, bağlanma basıncının ve diğer faktörlerin birleşik etkisi altında, bağlanma arayüzünün yüzeyindeki oksitler ve kirler giderilir ve aynı zamanda bağlanma arayüzünün plastik deformasyonu meydana gelir, böylece metalde dislokasyon meydana gelir. Bağlanma arayüzünün ve atomik difüzyonun uyarılması, sağlam bir metal çevirmeli çivi baş çıkıntısı oluşturur.
Altın tel sıcak presleme ultrasonik bağlama için, altın telin çapı genellikle 0.5mil ~ 2.5mil (1mil=25μm) arasındadır, flip chip pad'in malzemesi genellikle alüminyum peddir (ayrıca altın kaplama pedler) ve yüzey yaklaşık 2μm kalınlığında alüminyum (altın) ile kaplanmıştır.
Aşağıdaki diyagram, yapıştırma makinesi, kılcal damar (Kılcal kılcal damar) ve altın tel dahil olmak üzere altın kaplama çıkıntıları yapmak için gerekli ekipman ve aksesuarları göstermektedir:

Bunlardan Kulicke ve Soffa (KS) tipi yapıştırma makinesi yapıştırma makinesi endüstrisinde daha yaygın olarak kullanılmaktadır ve ekipmanın iç yapısı aşağıda gösterilmiştir:

Ekipmanın kaynak kafası kısmı, aşağıdaki şekilde gösterildiği gibi altın çivi baş çıkıntısının üretiminin anahtar parçasıdır; kaynak kafası kısmı bir kurşun gergi, bir cam kurşun tüp, bir elektrot (çakmak olarak da bilinir) içerir. ), bir kılcal damar (kılcal damar olarak da bilinir) ve bir altın tel kelepçe.

Yapıştırma hazırlık aşamasında tel kelepçe açılır ve ısıtma bloğu belirli bir sıcaklığa ısıtılır; Kılcal, kılcal ağzı çakmağa yakın olacak şekilde bir miktar aşağı doğru hareket ettirilir. Bu sırada elektronik ateşleme sistemi çok kısa sürede yaklaşık 2000V yüksek voltajlı elektrik açığa çıkarır, böylece kılcal damarın ucundaki altın tel kuyruk teli ile çakmağın elektrodu arasında bir döngü oluşur, böylece Kılcal ağza maruz kalan küçük altın tel bölümü, mevcut FAB'nin (Serbest hava topu) etkisi altında oluşturulur ve daha sonra kılcal, FAB'nin çip yastığı ile temas halinde olması için aşağı doğru hareket etmeye devam eder ve FAB, bir Bağlama basıncının etkisi altında sabit pasta şekli ve ardından kılcal basıncı azalır. Ultrasonik enerji, FAB ile ped arasında sıkı bir bağlantı oluşturacak şekilde hareket etmeye başlar, bağlanma tamamlandıktan sonra kılcal, bir FAB oluşturacak şekilde kılcal memenin küçük bir altın tel parçası bırakabileceği şekilde bir mesafe yukarı hareket eder. bir sonraki bağlama bujisi işi için kılcal bir miktar yukarı çıktıktan sonra yükselişi durur, tel kelepçe altın teli sıkar, kılcal tel kelepçe ve altın tel ile birlikte yukarı doğru hareket etmeye devam eder ve bu süreçte altın tel kırılır yukarı doğru hareket etmek, bir çivi başı çarpması bırakmak.
Altın çivi baş çarpmasının ilk tabakası alüminyum ped üzerine yapıştırılır ve altın çivi baş çarpmasının ilk tabakasının tamamlanmasına dayanarak, ikinci altın çivi baş çarpma tabakasının yapıştırılması tüm çivinin bağlanmasını gerçekleştirmek için yapılır. lamine altın çivi baş çarpması ve tüm yapıştırma işlemi, altın çivi baş çarpmasının ilk katmanının yapıştırma işlemine benzer. Altın çivi baş darbelerinin yapıştırma işlemi esas olarak yapıştırma basıncından, yapıştırma gücünden ve yapıştırma süresinden etkilenir. Altın çivi baş çıkıntısının oluşum süreci aşağıdaki şekilde gösterilmektedir:

Altın çivi baş çarpma yapıştırma işlemi esas olarak üç aşamaya ayrılır: ilk aşama çarpışma aşamasıdır, yani maksimum yapıştırma basıncı ile karakterize edilen yapıştırma basıncı konsantrasyon aşamasıdır ve bu aşamada yapıştırma gücü uygulanmaz. İkinci aşama, kılcalın altın çivi başının çıkıntısı ile ped arasındaki birleştirme eylemine hazırlanacağı yapıştırma hazırlık aşamasıdır; Bu aşamada yapıştırma basıncı azalır. Üçüncü aşama, altın yumru ile pedin bir bağ oluşturduğu ve bağlama gücü ile yapıştırma basıncının birlikte çalıştığı aşama olan yapıştırma aşamasıdır; Bu aşamada kılcal damar ultrasonun etkisi altında şiddetli bir şekilde hareket etmeye başlar, bağlanma yüzeyi tahrip olur ve çok kısa sürede hızlı bir şekilde güçlü bir bağ oluşur.

IV.Altın çivi başının çıkıntısını etkileyen faktörler
1, kılcal damar seçimi
Çevirmeli lamine altın çivi baş çarpma yapıştırma işleminde, her bir altın çivi baş çarpma bağının tutarlılığı, bağın başarısını garantileyen önemli bir faktördür. Kılcal damarın boyutu, lamine altın çivi baş çıkıntısının bağlanma özelliklerini ve altın çivi baş çıkıntısının geometrik özelliklerini belirler. Bu nedenle iyi yapışma kıvamına sahip bir altın çivi başı çıkıntısı elde etmek için uygun bir kılcal damar seçilmesi gerekir. Kılcal deliğin boyutu (H), pahın çapı (CD) ve pah açısı (CA) genellikle kılcal borunun seçiminde en önemli referans faktörleridir.
Aşağıdaki şekil Kulicke ve Soffa'nın (bir kılcal damar) ilgili parametresidir:


2, altın çivi baş çarpma etkisinin ilk katmanının etkisi
Çevirmeli lamine altın çivi baş çarpma yapıştırma, altın çivi kafa çarpma yapıştırmanın ilk katmanını tamamlamak ve ardından altın çivi kafa çarpma yapıştırmanın ikinci katmanını tamamlamaktır, yani lamine altın çivi kafa çarpma, altın çivinin ilk katmanından oluşur kafa çarpması ve ikinci kat altın çivi kafa çarpması. Aşağıdaki şekil sırasıyla birinci altın çivi baş çıkıntısı katmanının ve lamine altın çivi baş çıkıntısının mikroyapı diyagramıdır.
Altın çivi kafa çarpma yapıştırmasının ilk katmanı, lamine altın çivi kafa çarpma yapıştırmanın bir bileşenidir ve altın çivi kafa çarpma yapıştırmanın ilk katmanının kalitesi ve boyut parametreleri, altın çivi kafa çarpma yapıştırmanın ikinci katmanı üzerinde etkiye sahiptir .


Altın çivi baş çıkıntısının ilk tabakasının temel boyut parametreleri aşağıdaki şekilde gösterilmektedir; burada d, yapıştırma için kullanılan altın tel tarafından belirlenen altın telin çapıdır, h yüksekliği ise şekline göre belirlenir. bağlama kılcal damarı ve altın çivi baş çıkıntısının H yüksekliği ve altın çivi baş çıkıntısının maksimum radyal çapı D, bağlama prosesi parametreleri tarafından ortaklaşa belirlenir.

Altın çivi baş çıkıntısının kalitesinin iyileştirilmesi esas olarak aşağıdaki faktörlerin optimizasyonu yoluyla gerçekleşir:
(a)(Çarpma Yerleştirme)
(b)(Çarpma Kesme)
(c)( Çarpma Çapı)
(d)(Çarpma Kalınlığı)
(e)(Çarpma Yüksekliği)
(f)(Krater Testi)
(g)(IMC)
Altın topun itme kuvvetinin ölçümü aşağıdaki resme göre test edilir:

Pratik uygulamalardaki bazı yaygın problemler aşağıdaki yönlerden geliştirilebilir:


V. Altın çivi baş darbelerinin simülasyon analizi
Altın tel bağlama işleminin tamamının simülasyonu ve analizi yoluyla simülasyon verileri aşağıdaki şekilde gösterilmektedir:

Altın çivi baş çarpmasının çarpışma aşamasında, altın çivi baş çarpmasının gerilim dağılımı eşit değildir ve gerilim seviyesi nispeten yüksektir ve büyük gerilim seviyesine sahip alan, altın çivi baş çarpmasının ve temas yüzeyinin arasındaki temas yüzeyinin içinde bulunur. altın yumru ve ped olup bu alanlar yapışma basıncının yoğunlaştığı alanlardır.
Aşağıdaki şekil, ped gerilim dağılımının pozitif bir görünümüdür; pedin gerilimi, dairenin merkezi olarak bağlanma merkezi ile dairesel alanda yoğunlaşır; burada daha büyük gerilim, dairenin çevresel alanına dağıtılır. ve yastığın deformasyonunun daha yoğun olacağı ve şiddetli deformasyonun daha fazla dislokasyona neden olacağı ve bağın bağ oluşturmasını kolaylaştıracağı daha küçük gerilim alanıyla net bir sınır vardır. Sağdaki resim altın çivi baş çıkıntısının bağ izini göstermektedir. Kirli beyaz alan bağ oluşturan alandır ve bağın esas olarak yastığın geometrik merkezi üzerinde merkezlenen eşmerkezli dairenin çevresel alanında oluştuğu görülebilir, bu da daha büyük gerilim dağılım alanına karşılık gelir. altın çivi baş çarpma yapıştırma işlemini çevirin.

Çevirmeli lamine altın çivi baş darbelerinin yapıştırılması, altın çivi baş çarpmalarının birinci tabakasının tamamlanması temelinde ikinci altın çivi baş darbeleri tabakasının tamamlanmasıdır. Tüm yapıştırma işlemi sırasında kılcal, altın çivi baş çarpmalarının birinci tabakasının ve altın çivi baş çarpmalarının ikinci tabakasının hem stresi hem de gerilimi üzerinde etkiye sahiptir.

Aşağıdaki şekilde gösterildiği gibi, ters lamine altın çivi baş çarpma bağ çarpışma aşamasında, çevirme lamine altın çivi baş çarpmanın daha yüksek gerilim seviyesi esas olarak temas yüzeyine yakın iki altın çivi baş çarpmanın iç kısmına dağıtılır. Üst ve alt altın çivi baş çarpmaları, burada daha büyük gerilim ikinci altın çivi baş çarpma tabakasında yoğunlaşır ve maksimum gerilim, altın çivi baş çarpmalarının birinci tabakasının ve ikinci altın çivi baş çarpma tabakasının bağlanma temas yüzeyinde görünür. altın çivi baş çarpmaları.

VI,Altıncı, altın çivi kafa çarpma teknolojisi özeti
Geleneksel tel bağlama teknolojisiyle karşılaştırıldığında, flip chip bağlama teknolojisinin bağlama lehim bölgesindeki çarpma elektrotları yalnızca çipin etrafındaki kenar boyunca dağıtılmakla kalmaz, aynı zamanda yeniden kablolama yoluyla da dağıtılabilir, bu nedenle flip chip bağlama teknolojisi aşağıdaki avantajlara sahiptir:
(1)Ara bağlantı kabloları çok kısadır ve ara bağlantı tarafından üretilen kaçak kapasitans, ara bağlantı direnci ve ara bağlantı endüktansı WB'ninkinden çok daha küçüktür. Yüksek frekanslı ve yüksek hızlı elektronik ürünlerin uygulanmasına daha elverişli olması için.
(2) Çipe monteli ara bağlantılar küçük bir alt tabaka alanı kaplar ve yüksek çipe monteli yoğunluğa sahiptir.
Bibliyografyaafi:
(1)Kong Lingsong: Altın Yumru Termal Ultrasonik Çevirmeli Talaş Bağlamanın Kalite Kontrolü Üzerine Araştırma (2) Wang Jiao, Çivi Başı Yumru _Sn Tabanlı Lehimleme Metal Bağlantılarının Şekillendirilmesi ve Arayüz Reaksiyon Mekanizması
(3)Tang Wenliang, Çevirmeli lamine altın çivi baş çarpma anahtarının simülasyonu ve güvenilirlik araştırması

SON