Conozca más sobre la tecnología Gold Nail Head Bump (SBB) de Flip Chip

0040-02544 Parte superior del cuerpo, Dps Metal

0020-33806 Cámara superior Dps + Poly

 

AprenderAsobre elGviejoNafligirHleerBárbitro (SBB)Ttecnología deFlabioCcadera

Este artículo detalla la tecnología de golpe de cabeza de clavo dorado en la tecnología flip chip.

I. el desarrollo de la tecnología de envasado de semiconductores
La tecnología de embalaje microelectrónico se ha desarrollado junto con el desarrollo de formas de dispositivos, y su historia de desarrollo es también una historia de mejora continua del rendimiento de los dispositivos y miniaturización continua de los sistemas. A partir de la clasificación del método de instalación del dispositivo sobre el sustrato, el embalaje microelectrónico se puede dividir en las siguientes etapas de desarrollo:
la primera etapaFue la era del montaje por orificio pasante (THD) antes de los años 80 del siglo XX, representada por paquetes tipo TO y paquetes duales en línea. La función del IC es relativamente simple, la cantidad de cables es pequeña, el paquete se puede insertar manualmente en el orificio pasante de la PCB, el paso de los cables es fijo, el aumento en el número de cables significará un aumento en el paquete Tamaño y la densidad máxima de montaje del paquete es de 10 pines/cm2.
La segunda etapaFue la era del montaje en superficie (SMT, montaje en superficie/montaje en superficie) en los años 80 del siglo XX, que estuvo representada por paquetes de contorno pequeño (SOP) y paquetes planos (QFP), que aumentaron considerablemente la cantidad de pines y la densidad de ensamblaje. y supuso una revolución en la tecnología de embalaje en ese momento. El concepto de diseño de estos paquetes difiere del DIP (paquete dual en línea) en que el tamaño del cuerpo del paquete es fijo y el paso de los cables alrededor del perímetro varía según sea necesario, lo que también mejora la productividad, con un recuento máximo de cables de 300 y una densidad de montaje de 10-50pin/cm2, que también es la edad de oro de los envases de plástico con plomo metálico.
La tercera etapaes la era del paquete de matriz de bolas de soldadura (BGA) / paquete de tamaño de chip (CSP) en los años 90 del siglo XX, el paso de plomo de BGA es principalmente de 1,5 mm y 1,27 mm, la expansión del paso de plomo promueve en gran medida el progreso de la tecnología de instalación y la mejora de la eficiencia de producción, la densidad de instalación del paquete BGA es de aproximadamente 40-60pin/cm2, y luego Japón utilizó el concepto de BGA a nivel de chip y desarrolló un paquete CSP con un paso de cable más pequeño, el paso de cable puede ser tan pequeño como menos de 1,0 mm y el paquete CSP reduce aún más el tamaño y el peso del producto, mejorando la competitividad del producto, y la era BGA ha pasado a la era BGA/CSP. .

Existen cuatro tecnologías principales para lograr empaquetamientos a escala de chips: Wire Bonding (WB), Tape Automated Bonding (TAB), Flip Chip (FC) y Through Silicon Via (TSV). La tecnología WB se refiere a la unión de cables y almohadillas metálicas bajo la acción de ultrasonidos, y se divide en unión esférica termoultrasónica y unión en cuña ultrasónica según el método de unión. WB representa el 90% del mercado de empaques a escala de chips debido a su excelente confiabilidad, pero debido a que la conexión formada por unión de cables tiene una cierta altura que afecta el tamaño del paquete, genera el retraso de la señal eléctrica y aumenta el valor de resistencia. , la búsqueda de una nueva tecnología de envasado primario adecuada para envases de tamaño pequeño se ha convertido en un foco de investigación.
La tecnología TAB es una tecnología que une chips a cintas portadoras en una sola vez con tiras de plomo debajo de un troquel de estampado en caliente, y la fabricación de protuberancias metálicas, cintas portadoras y troqueles de estampado en caliente con esta tecnología plantea grandes desafíos para la producción en masa.
La tecnología TSV es una nueva tecnología emergente, la conexión en esta tecnología depende principalmente de la conexión entre la protuberancia de Cu y la capa de Au prechapada en la vía de silicio, que es adecuada para envases laminados 3D, y porque los productos electrónicos tienen Debido a los altos requisitos de tamaño del paquete, el tamaño de las vías de silicio es muy pequeño, por lo que la uniformidad del recubrimiento de Au en las vías de silicio y la confiabilidad de la conexión han planteado grandes desafíos para el desarrollo y la aplicación de esta tecnología.

II. Tecnología FlipChip
La tecnología FlipChip (FC) es un método para invertir el lado activo del chip para alinear el sustrato para la microconexión. La inversión del dispositivo activo reduce el tamaño del paquete de los productos electrónicos y, debido al tamaño controlable de la junta de soldadura, Este método es adecuado para el embalaje de productos electrónicos de alta integración y alta potencia con paso de clavija fino. El diagrama esquemático del chip invertido es el siguiente:

Para realizar el proceso de flip chip, es necesario realizar la producción de protuberancias en la superficie del chip, y existen seis métodos comunes de formación de protuberancias: Stud Bump Bond, protuberancia de soldadura por evaporación, protuberancia de soldadura por galvanoplastia, protuberancia de soldadura impresa, golpe de bola y golpe de transferencia de soldadura. En el empaque de la cámara del teléfono móvil que utilizamos en la vida diaria, la tecnología utilizada para conectar el chip de imágenes al sustrato es la conexión Gold Nail Head Bump (SBB) en el chip flip:


III.¿Qué es SBB (SBB, Stud Bump Bond)?
La fabricación de un golpe de cabeza de clavo con chip flip es utilizar un globo sin aire.(SBB, unión de impacto de perno)formado por alambre metálico para interconectar el puerto de E/S del chip con el pin del paquete o el área de soldadura del cableado en el sustrato;
Bajo la acción combinada de energía ultrasónica, presión de unión y otros factores, se eliminan los óxidos y la suciedad de la superficie de la interfaz de unión y, al mismo tiempo, se produce la deformación plástica de la interfaz de unión, de modo que se produce la dislocación en el metal. de la interfaz de enlace y se estimula la difusión atómica, formando una protuberancia metálica firme en la cabeza del clavo.
Para la unión ultrasónica de prensado en caliente con alambre de oro, el diámetro del alambre de oro generalmente está entre 0.5 mil ~ 2,5 mil (1 mil=25μm), el material de la almohadilla del chip flip generalmente es una almohadilla de aluminio (también hay almohadillas chapadas en oro), y la superficie está chapada con aluminio (oro) con un espesor de aproximadamente 2 μm.
El siguiente diagrama muestra el equipo y los accesorios necesarios para fabricar las protuberancias chapadas en oro, incluida la máquina de unión, el capilar (capilar capilar) y el alambre de oro:

Entre ellas, la máquina de unión tipo Kulicke y Soffa (KS) se usa más ampliamente en la industria de máquinas de unión, y la estructura interna del equipo se muestra a continuación:

La parte del cabezal de soldadura del equipo es la parte clave de la producción del golpe de cabeza de clavo dorado, como se muestra en la siguiente figura, la parte del cabezal de soldadura incluye un tensor de plomo, un tubo de vidrio de plomo, un electrodo (también conocido como encendedor ), un capilar (también conocido como capilar) y una abrazadera de alambre de oro.

En la etapa de preparación de la unión, se abre la abrazadera de alambre y el bloque calefactor se calienta a una temperatura determinada; El capilar se mueve hacia abajo una cierta distancia para que la boca del capilar quede cerca del encendedor. En este momento, el sistema de encendido electrónico libera aproximadamente 2000 V de electricidad de alto voltaje en muy poco tiempo, de modo que se forma un bucle entre el cable de cola dorado en la punta del capilar y el electrodo del encendedor, de modo que un Se forma una pequeña sección de alambre de oro expuesta a la boca del capilar bajo la acción de la corriente FAB (bola de aire libre), y luego el capilar continúa moviéndose hacia abajo, de modo que el FAB esté en contacto con la almohadilla del chip y el FAB forme una forma de pastel fija bajo la acción de la presión de unión, y luego se reduce la presión del capilar. La energía ultrasónica comienza a actuar para formar una conexión firme entre el FAB y la almohadilla; una vez completada la unión, el capilar se mueve hacia arriba una distancia para que la boquilla del capilar pueda dejar un pequeño trozo de alambre dorado, para formar un FAB. para el siguiente trabajo de unión de bujías, el capilar deja de subir después de subir una distancia, la abrazadera del cable aprieta el cable dorado, el capilar continúa subiendo con la abrazadera del cable y el cable dorado, y el cable dorado se rompe en el proceso de subir, dejando un golpe en la cabeza de un clavo.
La primera capa de protuberancia de cabeza de clavo dorado se adhiere a la almohadilla de aluminio y, una vez completada la primera capa de protuberancia de cabeza de clavo dorado, se realiza la unión de la segunda capa de protuberancia de cabeza de clavo dorado para realizar la unión de todo Golpe de cabeza de clavo de oro laminado, y todo el proceso de unión es similar al proceso de unión de la primera capa de golpe de cabeza de clavo de oro. El proceso de unión de los golpes en la cabeza de los clavos dorados se ve afectado principalmente por la presión de unión, el poder de unión y el tiempo de unión. El proceso de formación de la protuberancia de la cabeza del clavo dorado se muestra en la siguiente figura:

El proceso de unión de la cabeza del clavo dorado se divide principalmente en tres etapas: la primera etapa es la etapa de colisión, es decir, la etapa de concentración de la presión de unión, que se caracteriza por la presión de unión máxima y el poder de unión no se aplica en esta etapa. La segunda etapa es la etapa de preparación de la unión, donde el capilar se preparará para la acción de unión entre la protuberancia de la cabeza del clavo dorado y la almohadilla; En esta etapa, la presión de unión disminuye. La tercera etapa es la etapa de unión, que es la etapa donde la protuberancia de oro y la almohadilla forman una unión, y la etapa donde el poder de unión y la presión de unión trabajan juntas; En esta etapa, el capilar comienza a moverse violentamente bajo la acción del ultrasonido, la superficie de unión se destruye y se forma rápidamente una unión fuerte en muy poco tiempo.

IV.Factores que influyen en la protuberancia de la cabeza del clavo de oro.
1, la elección del capilar
En el proceso de unión de cabeza de clavo de oro laminado, la consistencia de cada unión de cabeza de clavo de oro es un factor clave para garantizar el éxito de la unión. El tamaño del capilar determina las características de unión de la protuberancia de la cabeza del clavo de oro laminado y las características geométricas de la protuberancia de la cabeza del clavo de oro. Por lo tanto, para obtener una protuberancia dorada en la cabeza del clavo con una buena consistencia de unión, es necesario elegir un capilar adecuado. El tamaño del orificio del capilar (H), el diámetro del chaflán (CD) y el ángulo del chaflán (CA) suelen ser los factores de referencia más importantes para la selección del capilar.
La siguiente figura es un parámetro relevante de Kulicke y Soffa (un capilar):


2, el efecto de la primera capa de efecto de golpe de cabeza de clavo dorado
La unión de la cabeza del clavo de oro laminado con tapa es para completar la primera capa de unión de la cabeza del clavo de oro, y luego la segunda capa de unión de la cabeza del clavo de oro, es decir, la protuberancia de la cabeza del clavo de oro laminado se compone de la primera capa de clavo de oro golpe en la cabeza y la segunda capa de golpe en la cabeza del clavo dorado. La siguiente figura es un diagrama de microestructura de la primera capa de la protuberancia de la cabeza del clavo de oro y la protuberancia de la cabeza del clavo de oro laminada, respectivamente.
La primera capa de unión de cabeza de clavo de oro es un componente de la unión de cabeza de clavo de oro laminada, y la calidad de la primera capa de unión de cabeza de clavo de oro y sus parámetros de tamaño tienen un impacto en la segunda capa de unión de cabeza de clavo de oro .


Los parámetros clave de tamaño de la primera capa de la protuberancia de la cabeza del clavo de oro se muestran en la siguiente figura, donde d es el diámetro del alambre de oro, que está determinado por el alambre de oro utilizado para la unión, la altura h está determinada por la forma de el capilar de unión y la altura de la protuberancia de la cabeza del clavo de oro H y el diámetro radial máximo D de la protuberancia de la cabeza del clavo de oro están determinados conjuntamente por los parámetros del proceso de unión.

La mejora de la calidad de la protuberancia de la cabeza del clavo dorado se logra principalmente mediante la optimización de los siguientes factores:
(a)(Colocación de protuberancias)
(b)(Cizalla de impacto)
(c)(Diámetro del tope)
(d)(Espesor del relieve)
(e)(Altura del tope)
(f)(Prueba del cráter)
(g)(IMC)
La medida del empuje de la bola de oro se prueba según la siguiente imagen:

Para algunos problemas comunes en aplicaciones prácticas, se pueden mejorar desde los siguientes aspectos:


V. Análisis de simulación de golpes en la cabeza de clavos dorados.
A través de la simulación y análisis de todo el proceso de unión con alambre de oro, los datos de la simulación se muestran en la siguiente figura:

En la etapa de colisión del golpe de la cabeza del clavo de oro, la distribución de la tensión del golpe de la cabeza del clavo de oro es desigual y el nivel de tensión es relativamente alto, y el área con un nivel de tensión grande se encuentra dentro del golpe de la cabeza del clavo de oro y la superficie de contacto entre el La protuberancia dorada y la almohadilla, y estas áreas son las áreas donde se concentra la presión de unión.
La siguiente figura es una vista positiva de la distribución de la tensión de la almohadilla, la tensión de la almohadilla se concentra en el área circular con el centro de unión como el centro del círculo, en la cual la tensión mayor se distribuye en el área periférica del círculo. y hay un límite claro con el área de tensión más pequeña, donde la deformación de la almohadilla será más intensa y la deformación violenta causará más dislocaciones y facilitará la formación de enlaces. La imagen de la derecha muestra el rastro de unión de la protuberancia de la cabeza del clavo dorado. El área blanquecina es el área de formación de unión, y se puede ver que la unión se forma principalmente en el área periférica del círculo concéntrico centrado en el centro geométrico de la almohadilla, que corresponde al área de distribución de tensión más grande durante la Proceso de unión de golpes de cabeza de uña dorada.

La unión de protuberancias de cabeza de clavo de oro laminadas es para completar la segunda capa de protuberancias de cabeza de clavo de oro sobre la base de completar la primera capa de protuberancias de cabeza de clavo de oro. Durante todo el proceso de unión, el capilar tiene un efecto tanto en la tensión como en la tensión de la primera capa de protuberancias de cabeza de clavo de oro y de la segunda capa de protuberancias de cabeza de clavo de oro.

Como se muestra en la siguiente figura, en la etapa de colisión de la unión del golpe de la cabeza del clavo de oro laminado, el mayor nivel de tensión del golpe de la cabeza del clavo de oro laminado se distribuye principalmente en el interior de los dos golpes de la cabeza del clavo de oro cerca de la superficie de contacto de las protuberancias de cabeza de clavo de oro superior e inferior, en las que la tensión mayor se concentra en la segunda capa de protuberancias de cabeza de clavo de oro, y la tensión máxima aparece en la superficie de contacto de unión de la primera capa de protuberancias de cabeza de clavo de oro y la segunda capa de Golpes en la cabeza de las uñas doradas.

VI,Sexto, resumen de la tecnología de golpes en la cabeza del clavo dorado.
En comparación con la tecnología de unión de cables tradicional, los electrodos de choque en la zona de soldadura de unión de la tecnología de unión de chip invertido no solo se distribuyen a lo largo del borde alrededor del chip, sino que también se pueden distribuir mediante recableado, por lo que la tecnología de unión de chip invertido tiene las siguientes ventajas:
(1) Los cables de interconexión son muy cortos y la capacitancia parásita, la resistencia de interconexión y la inductancia de interconexión generadas por la interconexión son mucho más pequeñas que las del WB. Para ser más propicio para la aplicación de productos electrónicos de alta frecuencia y alta velocidad.
(2) Las interconexiones montadas en chip ocupan un área de sustrato pequeña y tienen una alta densidad montada en chip.
bibliografiaafia:
(1) Kong Lingsong: Investigación sobre el control de calidad de la unión de chips flip ultrasónicos térmicos Gold Bump (2) Wang Jiao, Mecanismo de reacción de interfaz y formación de Nail Head Bump _Uniones metálicas de soldadura fuerte a base de Sn
(3)Tang Wenliang, investigación de simulación y confiabilidad de la llave de golpe de cabeza de clavo de oro laminado con tapa

FIN