Sužinokite apie „Flip Chip“ technologiją „Gold Nail Head Bump“ (SBB).

0040-02544 Viršutinė korpuso dalis, Dps metalas

0020-33806 Viršutinės kameros Dps + poli

 

MokykisAapieGsenasNailHeadBump (SBB)TechnologijaFlūpaCklubo

Šiame straipsnyje išsamiai aprašoma auksinių nagų galvutės smūgio technologija flip chip technologijoje.

I. puslaidininkių pakavimo technologijos kūrimas
Mikroelektroninės pakavimo technologija vystėsi kartu su prietaisų formų kūrimu, o jos vystymosi istorija taip pat yra nuolatinio įrenginio veikimo gerinimo ir nuolatinio sistemų miniatiūravimo istorija. Atsižvelgiant į įrenginio montavimo ant pagrindo metodą, mikroelektroninę pakuotę galima suskirstyti į šiuos kūrimo etapus:
Pirmas etapasbuvo montavimo per skylę (THD) era iki XX amžiaus devintojo dešimtmečio, vaizduojama TO tipo paketais ir dvigubais įtaisytomis pakuotėmis. IC funkcija yra gana paprasta, laidų skaičius yra mažas, pakuotę galima rankiniu būdu įkišti į PCB skylę, švino žingsnis yra fiksuotas, padidėjus laidų skaičiui, padidės pakuotė dydžio, o didžiausias pakuotės tvirtinimo tankis yra 10pin/cm2.
Antrasis etapasbuvo paviršiaus montavimo (SMT, paviršiaus montavimo/paviršiaus montavimo) era XX amžiaus devintajame dešimtmetyje, kurią reprezentavo mažas kontūras (SOP) ir plokščias paketas (QFP), kurie labai padidino kaiščių skaičių ir surinkimo tankį, ir tuo metu buvo pakavimo technologijos revoliucija. Šių pakuočių dizaino koncepcija skiriasi nuo DIP (Dual In-Line Package) tuo, kad pakuotės korpuso dydis yra fiksuotas, o švino žingsnis aplink perimetrą keičiasi pagal poreikį, o tai taip pat pagerina produktyvumą, o maksimalus švino skaičius yra 300, o montavimo tankis – 10-50smeigtukas/cm2, o tai taip pat yra metalinių švinuotų plastikinių pakuočių aukso amžius.
Trečiasis etapasyra litavimo rutulio masyvo paketo (BGA) / lusto dydžio paketo (CSP) era XX amžiaus 9 0 s, BGA švino žingsnis daugiausia yra 1,5 mm ir 1,27 mm, švino žingsnio išplėtimas. labai skatina diegimo technologijos pažangą ir gamybos efektyvumo didinimą, BGA paketo diegimo tankis yra apie 40-60pin/cm2, o tada Japonija panaudojo BGA koncepciją lusto lygiu ir sukūrė CSP paketą su mažesnis švino žingsnis, švino žingsnis gali būti mažesnis nei 1,0 mm, o CSP paketas dar labiau sumažina gaminio dydį ir svorį, pagerindamas produkto konkurencingumą, o BGA era perėjo į BGA / CSP erą. .

Yra keturios pagrindinės technologijos, leidžiančios pakuoti lusto mastelį: vielos klijavimas (WB), automatinis klijavimas juostomis (TAB), apverčiamas lustas (FC) ir silicio perdavimas (TSV). WB technologija reiškia metalinių laidų ir trinkelių sujungimą veikiant ultragarsu ir yra padalinta į termoultragarsinį sferinį sujungimą ir ultragarsinį pleištinį sujungimą pagal surišimo metodą. WB sudaro 90% lustų pakuočių rinkos dėl savo puikaus patikimumo, bet dėl ​​to, kad vielos sujungimo būdu suformuota jungtis turi tam tikrą aukštį, kuris turi įtakos pakuotės dydžiui, generuoja elektrinio signalo uždelsimą ir padidina varžos vertę. , naujos pirminės pakavimo technologijos, tinkamos mažo dydžio pakuotėms, paieška tapo tyrimų tašku.
TAB technologija yra technologija, kuri vienu metu sujungia lustus su nešiklio juostomis su švino juostelėmis po karšto štampavimo štampu, o metalinių iškilimų, nešiklio juostų ir karštojo štampavimo štampų gamyba pagal šią technologiją kelia didelių iššūkių masinei gamybai.
TSV technologija yra nauja technologija, jungtis šioje technologijoje daugiausia priklauso nuo jungties tarp Cu kauburio ir iš anksto padengto Au sluoksnio pertekančioje silicio angoje, kuri tinka 3D laminuotai pakuotei, ir dėl to, kad elektroniniai gaminiai turi dideli reikalavimai pakuotės dydžiui, pernešamų silicio angų dydis yra labai mažas, todėl Au dangos vienodumas silicio angose ​​ir jungties patikimumas atnešė didelių iššūkių kuriant ir taikant šią technologiją.

II. FlipChip technologija
„FlipChip“ (FC) technologija – tai aktyviosios lusto pusės apvertimo būdas, kad būtų sulygiuotas pagrindas mikrojungimui, aktyvaus įrenginio apvertimas sumažina elektroninių gaminių pakuotės dydį, o dėl reguliuojamo litavimo jungties dydžio, šis metodas tinka didelės integracijos ir didelės galios elektroninių gaminių su smulkiu žingsniu pakavimui. Atverčiamo lusto schema yra tokia:

Norint realizuoti apverčiamo lusto procesą, būtina realizuoti iškilimų susidarymą lusto paviršiuje, o yra šeši bendri nelygumų formavimo būdai: Stud Bump Bond, garavimo lydmetalis, galvanizavimo lydmetalis, spausdintas lydmetalis, rutulinis guzas ir lydmetalis perdavimo guzas. Mobiliojo telefono fotoaparato pakuotėje, kurią naudojame kasdieniame gyvenime, technologija, naudojama vaizdo lustui prijungti prie pagrindo, yra auksinės vinies galvutės (SBB) jungtis apverčiamoje lustoje:


III.Kas yra SBB (SBB, Stud Bump Bond)?
Flip chip nagų galvutės guzas gaminamas naudojant beorią balioną(SBB, Stud Bump Bond)sudarytas iš metalinės vielos, kad būtų galima sujungti lusto I/O prievadą su paketo kaiščiu arba laidų litavimo sritimi ant pagrindo;
Bendrai veikiant ultragarso energijai, sukibimo slėgiui ir kitiems veiksniams, oksidai ir nešvarumai pašalinami ant jungiamosios sąsajos paviršiaus, o tuo pačiu metu įvyksta plastinė surišimo sąsajos deformacija, todėl metale atsiranda dislokacija. sukibimo sąsaja ir stimuliuojama atominė difuzija, suformuojant tvirtą metalinį apverčiamą nagų galvutės iškilimą.
Auksinės vielos karšto presavimo ultragarsu sujungimo atveju auksinės vielos skersmuo paprastai yra nuo 0,5 mili iki 2,5 mil (1 mil=25 μm), atverčiamo drožlių trinkelės medžiaga paprastai yra aliuminio trinkelė (taip pat yra paauksuotos trinkelės), o paviršius padengtas apie 2 μm storio aliuminiu (auksu).
Toliau pateiktoje diagramoje parodyta įranga ir priedai, reikalingi paauksuotiems iškilimams pagaminti, įskaitant klijavimo mašiną, kapiliarą (kapiliarinį kapiliarą) ir auksinę vielą:

Tarp jų Kulicke ir Soffa (KS) tipo klijavimo mašina yra plačiau naudojama klijavimo mašinų pramonėje, o vidinė įrangos struktūra parodyta žemiau:

Įrangos suvirinimo galvutės dalis yra pagrindinė gaminant auksinį vinies galvutę, kaip parodyta paveikslėlyje žemiau, suvirinimo galvutės dalį sudaro švino įtempiklis, stiklinis švino vamzdelis, elektrodas (taip pat žinomas kaip žiebtuvėlis). ), kapiliaras (taip pat žinomas kaip kapiliaras) ir auksinės vielos gnybtas.

Klijavimo paruošimo etape vielos spaustukas atidaromas, o šildymo blokas pašildomas iki tam tikros temperatūros; Kapiliaras nustumiamas žemyn tam tikru atstumu, kad kapiliaro anga būtų arti žiebtuvėlio. Šiuo metu elektroninė uždegimo sistema per labai trumpą laiką išleidžia apie 2000 V aukštos įtampos elektros, todėl tarp auksinės vielos galinės laido kapiliaro gale ir žiebtuvėlio elektrodo susidaro kilpa, kad veikiant srovei FAB (laisvo oro rutulys) susidaro nedidelė auksinės vielos dalis, veikiama kapiliaro žiočių, o tada kapiliaras toliau juda žemyn, kad FAB liestųsi su drožlių trinkelėmis, o FAB suformuotų fiksuota pyrago forma veikiant surišimo slėgiui, o tada sumažėja kapiliaro slėgis. Ultragarso energija pradeda veikti, kad sudarytų tvirtą ryšį tarp FAB ir trinkelės, o užbaigus sujungimą, kapiliaras pasislenka aukštyn, kad kapiliarinis antgalis galėtų palikti nedidelį auksinės vielos gabalėlį, kad susidarytų FAB. kitam uždegimo žvakės sujungimo darbui kapiliaras nustoja kilti pajudėjus didesnį atstumą, vielos spaustukas suveržia auksinę vielą, kapiliaras toliau juda aukštyn kartu su vielos spaustuku ir auksine viela, o auksinė viela nutrūksta. judant aukštyn, paliekant vinies galvutės iškilimą.
Pirmasis auksinio nagų galvutės gumbelio sluoksnis priklijuojamas ant aliuminio trinkelės, o užbaigus pirmąjį auksinės nagų galvutės guzelio sluoksnį, suklijuojamas antrasis auksinio nagų galvutės gumbelio sluoksnis, kad būtų galima suklijuoti visą laminuotas auksinis nagų galvutės guzas, o visas klijavimo procesas yra panašus į pirmojo auksinio nagų galvutės gumbelio sluoksnio klijavimo procesą. Auksinių nagų galvutės iškilimų klijavimo procesui daugiausia įtakos turi klijavimo slėgis, surišimo galia ir surišimo laikas. Auksinio nago galvutės gumbelio susidarymo procesas parodytas šiame paveikslėlyje:

Auksinio nagų galvutės klijavimo procesas daugiausia suskirstytas į tris etapus: pirmasis etapas yra susidūrimo etapas, tai yra, surišimo slėgio koncentracijos etapas, kuriam būdingas didžiausias surišimo slėgis, o surišimo galia šiame etape netaikoma. Antrasis etapas yra klijavimo paruošimo etapas, kai kapiliaras ruošiasi sukibimui tarp auksinės vinio galvutės ir pagalvėlės; Šiame etape sukibimo slėgis mažėja. Trečiasis etapas yra surišimo etapas, kuris yra etapas, kai aukso gumburas ir padėklas sudaro ryšį, ir etapas, kai surišimo galia ir surišimo slėgis veikia kartu; Šiame etape, veikiant ultragarsu, kapiliaras pradeda smarkiai judėti, jungiamasis paviršius suardomas ir per labai trumpą laiką greitai susidaro stiprus ryšys.

IV.Auksinės vinies galvutės guzelį įtakojantys veiksniai
1, kapiliarų pasirinkimas
Atverčiant laminuotą auksinį vinies galvutės guzelio klijavimą, kiekvienos auksinės vinies galvutės gumbelio jungties konsistencija yra pagrindinis veiksnys, užtikrinantis klijavimo sėkmę. Kapiliaro dydis lemia laminuoto aukso nagų galvutės gumbelio sukibimo charakteristikas ir auksinės vinies galvutės gumbelio geometrines charakteristikas. Todėl norint gauti geros sukibimo konsistencijos auksinį nagų galvutės guzelį, būtina pasirinkti tinkamą kapiliarą. Kapiliaro kiaurymės dydis (H), nuožulnumo skersmuo (CD) ir nusklembimo kampas (CA) dažniausiai yra svarbiausi kapiliaro parinkimo atskaitos veiksniai.
Žemiau pateiktame paveikslėlyje yra atitinkamas Kulicke ir Soffa parametras (kapiliaras):


2, pirmojo auksinio nagų galvos smūgio sluoksnio efektas
Apverčiamas laminuotas auksinis nagų galvutės guzas yra skirtas užbaigti pirmąjį auksinės vinies galvutės suklijavimo sluoksnį, o po to antrąjį auksinės vinies galvutės suklijavimo sluoksnį, tai yra, laminuotą aukso nagų galvutę sudaro pirmasis auksinės vinies sluoksnis. galvos guzas ir antrasis auksinio nagų galvos guzas sluoksnis. Toliau pateiktame paveikslėlyje parodyta atitinkamai pirmojo auksinio nagų galvutės gumbelio ir laminuoto aukso nagų galvutės gumbelio mikrostruktūros diagrama.
Pirmasis auksinės nagų galvutės klijavimo sluoksnis yra laminuotos auksinės nagų galvutės sukibimo komponentas, o pirmojo aukso nagų galvutės sukibimo sluoksnio kokybė ir jo dydžio parametrai turi įtakos antrajam auksinės nagų galvutės sujungimo sluoksniui. .


Pagrindiniai pirmojo sluoksnio auksinės vinies galvutės gumbelio dydžio parametrai parodyti žemiau esančiame paveikslėlyje, kur d yra auksinės vielos skersmuo, kuris nustatomas pagal surišimui naudojamą auksinę vielą, aukštis h nustatomas pagal vinio formos formą. jungiamasis kapiliaras ir auksinės vinies galvutės kauburėlio aukštis H ir didžiausias auksinės vinio galvutės gumbelio radialinis skersmuo D yra kartu nulemti klijavimo proceso parametrų.

Auksinio nago galvutės gumbelio kokybė gerinama daugiausia optimizuojant šiuos veiksnius:
(a) (Taškymo vieta)
(b) (smūgio kirpimas)
(c) (gubo skersmuo)
(d) (guzelio storis)
(e) (guzelio aukštis)
(f) (kraterio bandymas)
(g) (IMC)
Auksinio rutulio traukos matavimas išbandomas pagal šį paveikslėlį:

Dėl kai kurių įprastų praktinio taikymo problemų jas galima patobulinti šiais aspektais:


V. Auksinių vinių galvučių iškilimų modeliavimo analizė
Modeliuojant ir analizuojant visą auksinės vielos klijavimo procesą, modeliavimo duomenys parodyti šiame paveikslėlyje:

Auksinio nago galvutės smūgio susidūrimo stadijoje auksinio nago galvutės smūgio įtempių pasiskirstymas yra netolygus, o įtempimo lygis yra palyginti aukštas, o sritis su dideliu įtempimo lygiu yra auksinio nago galvutės guzelio viduje ir kontaktiniame paviršiuje tarp aukso gumburas ir padas, o šiose srityse yra sutelktas sukibimo slėgis.
Toliau pateiktame paveikslėlyje parodytas teigiamas trinkelės įtempių pasiskirstymas, trinkelės įtempis sutelktas apskritimo srityje, o surišimo centras yra apskritimo centras, kuriame didesnis įtempis pasiskirsto apskritimo periferinėje srityje, ir yra aiški riba su mažesniu įtempimo sritimi, kur trinkelės deformacija bus intensyvesnė, o staigi deformacija sukels daugiau išnirimų ir palengvins ryšį. Dešinėje esančiame paveikslėlyje pavaizduotas auksinio vinies galvutės gumbelio sujungimo pėdsakas. Beveik balta sritis yra jungties formavimo sritis, ir matyti, kad sukibimas daugiausia susidaro periferinėje koncentrinio apskritimo srityje, kurios centras yra geometriniame trinkelės centre, o tai atitinka didesnį įtempių pasiskirstymo plotą. apversti aukso nagų galvutės sumušimo procesas.

Atverčiamų laminuotų auksinių nagų galvučių iškilimų klijavimas yra skirtas užbaigti antrąjį auksinių nagų galvutės iškilimų sluoksnį, remiantis pirmojo auksinių nagų galvutės iškilimų sluoksnio užbaigimu. Viso klijavimo proceso metu kapiliaras turi įtakos tiek pirmojo aukso nagų galvutės iškilimų sluoksnio, tiek antrojo auksinių nagų galvutės iškilimų sluoksnio įtempimui ir įtempimui.

Kaip parodyta toliau esančiame paveikslėlyje, susidūrimo su apverčiamuoju laminuotos auksinės vinies galvutės gumbeliu stadijoje didesnis apverstos laminuotos auksinės vinies galvutės smūgio lygis daugiausia pasiskirsto dviejų auksinių nagų galvutės iškilimų viduje, netoli kontaktinio paviršiaus. viršutinis ir apatinis auksinės nagų galvutės iškilimai, kuriuose didesnis įtempis sutelktas antrajame auksinių nagų galvutės kauburių sluoksnyje, o didžiausias įtempis atsiranda pirmojo aukso nagų galvutės iškilimų sluoksnio ir antrojo sluoksnio jungiamajame kontaktiniame paviršiuje. auksiniai nagų galvos iškilimai.

VI,Šešta, aukso nagų galvutės smūgio technologijos santrauka
Palyginti su tradicine vielos sujungimo technologija, flip chip sujungimo technologijos sujungimo litavimo zonoje esantys smūginiai elektrodai yra ne tik paskirstyti palei kraštą aplink lustą, bet ir gali būti paskirstyti perjungiant laidus, todėl apverčiamų lustų sujungimo technologija turi šiuos privalumus:
(1) Sujungimo laidai yra labai trumpi, o sujungimo sukuriama kintamoji talpa, sujungimo rezistorius ir sujungimo induktyvumas yra daug mažesni nei WB. Kad būtų lengviau naudoti aukšto dažnio ir didelės spartos elektroninius gaminius.
(2) Ant lustų sumontuotos jungtys užima nedidelį pagrindo plotą ir turi didelį lustų tvirtinimo tankį.
Bibliography:
(1) „Kong Lingsong“: „Auksinio guolio“ terminio ultragarsinio sujungimo su atlenkiamais lustais kokybės kontrolės tyrimai (2) Wang Jiao, nagų galvutės guzelio formavimas ir sąsajos reakcijos mechanizmas _Sn pagrindu pagamintų metalinių jungčių litavimas
(3) Tang Wenliang, apverčiamo laminuoto aukso vinies galvutės smūgio rakto modeliavimas ir patikimumo tyrimai

PABAIGA