Lär dig mer om Gold Nail Head Bump (SBB)-tekniken för Flip Chip

0040-02544 Överkropp, Dps Metal

0020-33806 Upper Chamber Dps + Poly

 

Lära sigAomGgammalNailHeadBump (SBB)Teknologi avFläppChöft

Den här artikeln beskriver spikhuvudet i guld i flip chip-teknik.

I. utvecklingen av halvledarförpackningsteknik
Mikroelektronisk förpackningsteknik har utvecklats tillsammans med utvecklingen av enhetsformer, och dess utvecklingshistoria är också en historia av kontinuerlig förbättring av enhetens prestanda och kontinuerlig miniatyrisering av system. Från klassificeringen av installationsmetoden för enheten på substratet kan mikroelektroniska förpackningar delas in i följande utvecklingsstadier:
Första etappenvar eran av genomgående hålmontering (THD) före 80-talet av 1900-talet, representerad av TO-typpaket och dubbla in-line-paket. Funktionen hos IC är relativt enkel, antalet ledningar är litet, paketet kan manuellt föras in i det genomgående hålet på PCB, blystigningen är fixerad, ökningen av antalet ledningar kommer att innebära en ökning av paketet storlek, och den maximala monteringstätheten för paketet är 10stift/cm2.
Den andra etappenvar eran för ytmontering (SMT, ytmontering/ytmontering) på 80-talet av 1900-talet, som representerades av small outline package (SOP) och flat package (QFP), vilket kraftigt ökade antalet stift och monteringstäthet, och var en revolution inom förpackningsteknik vid den tiden. Designkonceptet för dessa förpackningar skiljer sig från DIP (Dual In-Line Package) genom att storleken på förpackningskroppen är fixerad, och blydelningen runt omkretsen varierar efter behov, vilket också förbättrar produktiviteten, med ett maximalt blyantal på 300 och en monteringstäthet på 10-50stift/cm2, vilket också är guldåldern för blyförsedda metallförpackningar.
Den tredje etappenär lödbollspaketet (BGA)/chipstorlekspaketet (CSP) på 90-talet av 1900-talet, blystigningen för BGA är huvudsakligen 1,5 mm och 1,27 mm, expansionen av blystigningen främjar i hög grad framstegen inom installationstekniken och förbättringen av produktionseffektiviteten, installationstätheten för BGA-paketet är ungefär 40-60stift/cm2, och sedan använde Japan begreppet BGA på chipnivå och utvecklat ett CSP-paket med en mindre blypitch, Blypitch kan vara så liten som mindre än 1,0 mm, och CSP-paketet minskar ytterligare produktens storlek och vikt, vilket förbättrar produktens konkurrenskraft, och BGA-eran har övergått till BGA/CSP-eran.

Det finns fyra huvudteknologier för att uppnå chip-skala förpackningar: Wire Bonding (WB), Tape Automated Bonding (TAB), Flip Chip (FC) och Through Silicon Via (TSV). WB-teknologi hänvisar till bindning av metallkablar och kuddar under inverkan av ultraljud, och är uppdelad i termoultrasonisk sfärisk bindning och ultraljudskilbindning enligt bindningsmetoden. WB står för 90 % av förpackningsmarknaden för chipskala på grund av dess utmärkta tillförlitlighet, men eftersom anslutningen som bildas av trådbindning har en viss höjd som påverkar storleken på förpackningen, genererar fördröjningen av den elektriska signalen och ökar motståndsvärdet , sökandet efter en ny primär förpackningsteknik som är lämplig för små förpackningar har blivit en forskningshotspot.
TAB-teknologin är en teknik som binder spån till bärartejp på en enda gång med blyremsor under en varmpressningsdyna, och tillverkningen av metallbultar, bärartejper och varmstansningsformar med denna teknik innebär stora utmaningar för massproduktion.
TSV-tekniken är en ny teknik på frammarsch, kopplingen i denna teknik beror huvudsakligen på kopplingen mellan Cu-bulten och det förpläterade Au-skiktet i den genomgående kiselvägen, som är lämplig för 3D-laminerade förpackningar, och eftersom de elektroniska produkterna har höga krav på förpackningsstorlek, storleken på genomgående kiselvias är mycket liten, så enhetligheten hos Au-beläggningen i genomgående kiselvias och tillförlitligheten i anslutningen har medfört stora utmaningar för utvecklingen och tillämpningen av denna teknik.

II. FlipChip-teknik
FlipChip (FC)-teknologi är en metod för att invertera den aktiva sidan av chipet för att rikta in substratet för mikroanslutning, inversionen av den aktiva enheten minskar förpackningsstorleken på elektroniska produkter, och på grund av den kontrollerbara storleken på lödfogen, denna metod är lämplig för förpackning av högintegration och högeffekt elektroniska produkter med fin stiftdelning. Det schematiska diagrammet för flip-chipet är som följer:

För att förverkliga flip chip-processen är det nödvändigt att realisera produktionen av stötar på chipets yta, och det finns sex vanliga metoder för bumpbildning: Stud Bump Bond, förångningslödbult, elektroplätering av lödbult, tryckt lodbulle, kulbula och lödöverföringsbula. I mobiltelefonens kameraförpackning som vi använder i det dagliga livet, är tekniken som används för att ansluta bildchipet till substratet guldspikhuvudet (SBB) anslutningen i flipchippet:


III.Vad är SBB(SBB, Stud Bump Bond)?
Tillverkningen av flip chip nagelhuvudet är att använda en luftlös ballong(SBB, Stud Bump Bond)bildad av metalltråd för att koppla ihop chip I/O-porten med paketstiftet eller ledningslödningsområdet på substratet;
Under den kombinerade verkan av ultraljudsenergi, bindningstryck och andra faktorer avlägsnas oxiderna och smutsen på ytan av bindningsgränssnittet, och den plastiska deformationen av bindningsgränssnittet sker samtidigt, så att dislokationen sker i metallen av bindningsgränssnittet och atomdiffusionen stimuleras, vilket bildar en fast metallflip-spikhuvudbula.
För varmpressande ultraljudslimning av guldtråd är guldtrådens diameter i allmänhet mellan 0,5 mil ~ 2,5 mil (1 mil=25 μm), materialet i flip chip-dynan är vanligtvis aluminiumdyna (det finns också guldpläterade kuddar), och ytan är pläterad med aluminium (guld) med en tjocklek på cirka 2μm.
Följande diagram visar utrustningen och tillbehören som krävs för att tillverka de guldpläterade stötarna, inklusive bindningsmaskinen, kapillären (kapillärkapillären) och guldtråden:

Bland dem används limningsmaskinen av Kulicke och Soffa (KS)-typ mer allmänt inom limningsmaskinindustrin, och utrustningens interna struktur visas nedan:

Svetshuvuddelen av utrustningen är nyckeldelen av tillverkningen av guldspikhuvudet, som visas i figuren nedan, svetshuvuddelen inkluderar en blyspännare, ett glasblyrör, en elektrod (även känd som en tändare ), en kapillär (även känd som en kapillär) och en guldtrådsklämma.

I limningsförberedelsesteget öppnas trådklämman och värmeblocket har värmts upp till en viss temperatur; Kapillären flyttas ner en bit så att kapillärens mynning är nära tändaren. Vid denna tidpunkt släpper det elektroniska tändsystemet ut cirka 2000V högspänningselektricitet på mycket kort tid, så att en slinga bildas mellan guldtrådens svanstråd vid spetsen av kapillären och tändarens elektrod, så att en en liten sektion av guldtråd som exponeras för kapillärmynningen bildas under verkan av ström FAB (fri luftboll), och sedan fortsätter kapillären att röra sig nedåt, så att FAB är i kontakt med spåndynan, och FAB bildar en fast pajform under inverkan av bindningstrycket, och sedan reduceras trycket på kapillären. Ultraljudsenergin börjar verka för att bilda en fast förbindelse mellan FAB och dynan, efter att bindningen är klar, rör sig kapillären upp ett avstånd så att kapillärmunstycket kan lämna en liten bit guldtråd, för att bilda en FAB för nästa bindningständstiftsarbete, slutar kapillären att stiga efter att ha flyttats upp en sträcka, trådklämman drar åt guldtråden, kapillären fortsätter att röra sig uppåt med trådklämman och guldtråden, och guldtråden bryts i processen att röra sig uppåt och lämna en nagelhuvudklump.
Det första lagret av guldspikhuvudet är bundet på aluminiumkudden, och på basis av att det första lagret av guldspikhuvudet är färdigt, görs bindningen av det andra lagret av guldspikhuvudet för att realisera bindningen av hela laminerat guld nagelhuvud bula, och hela bindningsprocessen liknar bindningsprocessen för det första lagret av guld nagelhuvud bula. Bindningsprocessen för guldspikhuvuden påverkas huvudsakligen av bindningstrycket, bindningskraften och bindningstiden. Bildningsprocessen för guldspikhuvudet visas i följande figur:

Guldspikhuvudets bindningsprocessen är huvudsakligen uppdelad i tre steg: det första steget är kollisionssteget, det vill säga bindningstryckkoncentrationssteget, som kännetecknas av det maximala bindningstrycket och bindningskraften appliceras inte i detta steg. Det andra steget är bindningsförberedelsesteget, där kapillären kommer att förbereda sig för bindningsverkan mellan guldnagelhuvudet och dynan; I detta skede minskar bindningstrycket. Det tredje steget är bindningssteget, vilket är steget där guldbulten och dynan bildar en bindning, och steget där bindningskraften och bindningstrycket samverkar; I detta skede börjar kapillären röra sig våldsamt under inverkan av ultraljud, bindningsytan förstörs och en stark bindning bildas snabbt på mycket kort tid.

IV. Faktorer som påverkar knölen på guldspikhuvudet
1, Valet av kapillär
I den flip-laminerade guldspikhuvudet-bump-bindningsprocessen är konsistensen av varje guldspikhuvud-bumpbondning en nyckelfaktor för att säkerställa framgången för bindningen. Storleken på kapillären bestämmer bindningsegenskaperna för den laminerade guldspikhuvudsbulten och de geometriska egenskaperna hos guldspikhuvudsbulten. Därför är det nödvändigt att välja en lämplig kapillär för att få en guldspik med god bindningskonsistens. Storleken på kapillärhålet (H), diametern på avfasningen (CD) och avfasningsvinkeln (CA) är vanligtvis de viktigaste referensfaktorerna för valet av kapillären.
Nedanstående figur är relevant parameter för Kulicke och Soffa (en kapillär):


2, effekten av det första lagret av guld spik huvud bump effekt
Flip-laminerad guld-spik-huvud-bump-bindning är att slutföra det första lagret av guld-nagelhuvud-bump-bindning, och sedan det andra lagret av guld-nagelhuvud-bump-bindning, det vill säga det laminerade guld-nagelhuvudet består av det första lagret av guldnagel huvud bula och det andra lagret av guld spik huvud bula. Följande figur är ett mikrostrukturdiagram av det första lagret av guldspikhuvudet och det laminerade guldnagelhuvudet.
Det första lagret av guld-spikhuvud-bump-bindning är en komponent av laminerad guld-spik-huvud-bump-bindning, och kvaliteten på det första lagret av guld-nagelhuvud-bump bonding och dess storleksparametrar har en inverkan på det andra lagret av guld-nagelhuvud-bump bonding .


Huvudstorleksparametrarna för det första lagret av guldspikhuvudet visas i figuren nedan, där d är diametern på guldtråden, som bestäms av guldtråden som används för bindning, höjden h bestäms av formen på bindningskapillären, och höjden på guldspikhuvudets bula H och den maximala radiella diametern D för guldspikhuvudets bula bestäms gemensamt av bindningsprocessparametrarna.

Att förbättra kvaliteten på guldspikhuvudet är huvudsakligen genom optimering av följande faktorer:
(a)(Bumpplacering)
(b)(Bump Shear)
(c)( Bumpdiameter)
(d)(Bumptjocklek)
(e)(Bumphöjd)
(f)(Kratertest)
(g)(IMC)
Mätningen av den gyllene kulans dragkraft testas enligt följande bild:

För några vanliga problem i praktiska tillämpningar kan de förbättras från följande aspekter:


V. Simuleringsanalys av guldspikhuvudena
Genom simulering och analys av hela processen med guldtrådsbindning visas simuleringsdata i följande figur:

I kollisionsstadiet av guldspikhuvudet är spänningsfördelningen av guldspikhuvudet ojämn, och stressnivån är relativt hög, och området med hög spänningsnivå ligger inuti guldspikhuvudet och kontaktytan mellan guldbula och dynan, och dessa områden är de områden där bindningstrycket är koncentrerat.
Följande figur är en positiv bild av dynans spänningsfördelning, dynans spänning är koncentrerad till det cirkulära området med bindningscentrum som cirkelns mittpunkt, där den större spänningen är fördelad i cirkelns perifera område, och det finns en tydlig gräns med det mindre spänningsområdet, där deformationen av dynan blir mer intensiv, och den våldsamma deformationen kommer att orsaka fler dislokationer och göra bindningen lättare att bilda bindningar. Bilden till höger visar bindningsspåret av guldspikhuvudet. Det benvita området är det bindningsbildande området, och det kan ses att bindningen huvudsakligen bildas i den koncentriska cirkelns periferiarea centrerad på dynans geometriska centrum, vilket motsvarar den större spänningsfördelningsytan under flip guld spik huvud bump bindning process.

Bindningen av flip laminerade guld nagelhuvuden knölar är att komplettera det andra lagret av guld nagel huvudet bulor på grundval av att slutföra det första lagret av guld nagel huvudet bulor. Under hela bindningsprocessen har kapillären en effekt på både spänningen och belastningen av det första lagret av guldnagelhuvuden och det andra lagret av guldnagelhuvudena.

Såsom visas i följande figur, i det fliplaminerade guldspikhuvudet, är den högre spänningsnivån hos den fliplaminerade guldspikhuvudet huvudsakligen fördelad på insidan av de två guldspikhuvudena, nära kontaktytan på de övre och nedre guldspikhuvudena, där den större spänningen är koncentrerad i det andra lagret av guldspikhuvuden, och den maximala spänningen uppträder vid bindningskontaktytan på den första lager av guld nagelhuvudet bulor och det andra lagret av guld spik huvudet bulor.

VI,Sjätte, guld spik huvud bula teknik sammanfattning
Jämfört med den traditionella trådbindningstekniken är bumpelektroderna i bondningslodzonen för flip chip bonding-tekniken inte bara fördelade längs kanten runt chippet, utan kan distribueras genom omkoppling, så flip chip bonding-teknik har följande fördelar:
(1) Sammankopplingskablarna är mycket korta och strökkapacitansen, sammankopplingsmotståndet och sammankopplingsinduktansen som genereras av sammankopplingen är mycket mindre än WB:s. För att vara mer gynnsam för tillämpningen av högfrekventa och höghastighets elektroniska produkter.
(2) Chipmonterade sammankopplingar upptar en liten substratyta och har en hög chipmonterad densitet.
Bibliography:
(1)Kong Lingsong: Forskning om kvalitetskontroll av termisk ultraljudsflip-spånbindning med guldbump (2) Wang Jiao, formnings- och gränssnittsreaktionsmekanism för spikhuvudbump _Sn-baserade lödmetallfogar
(3)Tang Wenliang, Simulerings- och tillförlitlighetsforskning av flip-laminerat guldspikhuvud

AVSLUTA