با فناوری برآمدگی سر ناخن طلایی (SBB) تراشه فلیپ آشنا شوید

0040-02544 قسمت بالایی، فلزی Dps

0020-33806 Upper Chamber Dps + Poly

 

یاد بگیریدAدر موردGقدیمیNبیماریHبخونBump (SBB)Tتکنولوژی ازFلبCباسن

این مقاله به جزئیات فناوری برآمدگی سر ناخن طلایی در فناوری فلیپ تراشه می‌پردازد.

I. توسعه فن آوری بسته بندی نیمه هادی
فناوری بسته‌بندی میکروالکترونیک همراه با توسعه فرم‌های دستگاه توسعه یافته است و تاریخچه توسعه آن نیز سابقه بهبود مستمر عملکرد دستگاه و کوچک‌سازی مداوم سیستم‌ها است. از طبقه بندی روش نصب دستگاه بر روی بستر، بسته بندی میکروالکترونیک را می توان به مراحل توسعه زیر تقسیم کرد:
مرحله اولدوران نصب از طریق سوراخ (THD) قبل از دهه 80 قرن بیستم بود که با بسته‌های نوع TO و بسته‌های درون خطی دوگانه نشان داده می‌شد. عملکرد آی سی نسبتا ساده است، تعداد سرنخ ها کم است، بسته را می توان به صورت دستی در سوراخ عبوری PCB قرار داد، گام سرب ثابت است، افزایش تعداد سرنخ ها به معنای افزایش بسته خواهد بود. اندازه، و حداکثر تراکم نصب بسته 10pin/cm2 است.
مرحله دومدر دهه 80 قرن بیستم، دوره نصب سطحی (SMT، نصب سطحی/محل نصب سطحی) بود که با بسته بندی کوچک (SOP) و بسته تخت (QFP) نشان داده شد که تعداد پین ها و تراکم مونتاژ را به شدت افزایش داد. و انقلابی در تکنولوژی بسته بندی در آن زمان بود. مفهوم طراحی این بسته‌ها با DIP (بسته درون خطی دوگانه) متفاوت است، زیرا اندازه بدنه بسته ثابت است و گام سرب در اطراف محیط بسته به نیاز تغییر می‌کند، که با حداکثر تعداد سرب، بهره‌وری را نیز بهبود می‌بخشد. 300 و تراکم نصب 10-50 پین/cm2، که همچنین عصر طلایی بسته‌بندی‌های پلاستیکی سربدار فلزی است.
مرحله سومدوره بسته آرایه توپ لحیم کاری (BGA) / بسته اندازه تراشه (CSP) در 9{9}} قرن بیستم است، گام اصلی BGA عمدتاً 1.5 میلی‌متر و 1.27 میلی‌متر است، گسترش سطح سرب پیشرفت تکنولوژی نصب و بهبود راندمان تولید را تا حد زیادی ارتقا می دهد، تراکم نصب بسته BGA حدود 40-60pin/cm2 است و سپس ژاپن از مفهوم BGA در سطح تراشه استفاده کرد و یک بسته CSP با گام سرب کوچکتر، گام سرب می تواند کمتر از 1.0 میلی متر باشد و بسته CSP اندازه و وزن محصول را بیشتر کاهش می دهد و رقابت پذیری محصول را بهبود می بخشد و عصر BGA به دوره BGA/CSP تغییر می کند. .

چهار فناوری اصلی برای دستیابی به بسته بندی در مقیاس تراشه وجود دارد: اتصال سیم (WB)، اتصال خودکار نواری (TAB)، تراشه چرخشی (FC)، و از طریق سیلیکون از طریق (TSV). فناوری WB به اتصال سرب‌ها و لنت‌های فلزی تحت اثر مافوق صوت اشاره دارد و بر اساس روش باندینگ به پیوند کروی حرارتی و گوه‌ای اولتراسونیک تقسیم می‌شود. WB به دلیل قابلیت اطمینان عالی، 90٪ از بازار بسته بندی در مقیاس تراشه را به خود اختصاص داده است، اما به دلیل اینکه اتصال ایجاد شده توسط اتصال سیم دارای ارتفاع مشخصی است که بر اندازه بسته تأثیر می گذارد، سیگنال الکتریکی را به تاخیر می اندازد و مقدار مقاومت را افزایش می دهد. ، جستجو برای یک فناوری بسته بندی اولیه جدید مناسب برای بسته بندی های کوچک به یک کانون تحقیقاتی تبدیل شده است.
فناوری TAB فناوری است که تراشه ها را به نوارهای حامل در یک زمان با نوارهای سربی زیر قالب داغ مهر زنی می چسباند و ساخت برآمدگی های فلزی، نوارهای حامل و قالب های مهر زنی داغ در این فناوری، چالش های بزرگی را برای تولید انبوه به همراه دارد.
فناوری TSV یک فناوری جدید در حال ظهور است، اتصال در این فناوری عمدتاً به اتصال بین برجستگی مس و لایه طلای پیش‌آبکاری شده در سیلیکون از طریق سیلیکون، که برای بسته‌بندی‌های چند لایه سه بعدی مناسب است، بستگی دارد و به دلیل اینکه محصولات الکترونیکی دارای نیازهای بالا برای اندازه بسته بندی، اندازه گذرگاه های سیلیکونی بسیار کوچک است، بنابراین یکنواختی پوشش طلا در ورقه های سیلیکونی از طریق و قابلیت اطمینان اتصال، عالی است. چالش های توسعه و کاربرد این فناوری.

II. تکنولوژی FlipChip
فناوری FlipChip (FC) روشی برای معکوس کردن سمت فعال تراشه برای تراز کردن بستر برای اتصال میکرو است، وارونگی دستگاه فعال باعث کاهش اندازه بسته‌بندی محصولات الکترونیکی می‌شود و با توجه به اندازه قابل کنترل اتصال لحیم کاری، این روش برای بسته بندی محصولات الکترونیکی با یکپارچگی و قدرت بالا با پین ریز مناسب است. نمودار شماتیک تراشه فلیپ به شرح زیر است:

برای تحقق فرآیند فلیپ تراشه، لازم است تولید برجستگی در سطح تراشه محقق شود و شش روش متداول تشکیل برآمدگی وجود دارد: Stud Bump Bond، برآمدگی لحیم تبخیری، برآمدگی لحیم کاری آبکاری، برآمدگی لحیم چاپی، برآمدگی توپ و برآمدگی انتقال لحیم کاری. در بسته‌بندی دوربین تلفن همراه که ما در زندگی روزمره از آن استفاده می‌کنیم، فناوری مورد استفاده برای اتصال تراشه تصویربرداری به زیرلایه اتصال سر ناخن طلایی (SBB) در تراشه فلیپ است:


III.SBB (SBB، Stud Bump Bond) چیست؟
ساخت برآمدگی سر ناخن فلیپ چیپ برای استفاده از بالون بدون هوا است(SBB,Stud Bump Bond)توسط سیم فلزی برای اتصال پورت I/O تراشه با پین بسته یا ناحیه لحیم سیم‌کشی روی بستر تشکیل شده است.
تحت اثر ترکیبی انرژی مافوق صوت، فشار پیوند و سایر عوامل، اکسیدها و کثیفی های سطح رابط پیوند حذف می شوند و تغییر شکل پلاستیکی رابط اتصال همزمان رخ می دهد، به طوری که دررفتگی در فلز رخ می دهد. رابط پیوند و انتشار اتمی تحریک می شود و یک برآمدگی فلزی محکم سر ناخن را تشکیل می دهد.
برای اتصال اولتراسونیک پرس گرم سیم طلا، قطر سیم طلا به طور کلی بین 0. پدهای روکش طلا)، و سطح با آلومینیوم (طلا) با ضخامت حدود 2μm آبکاری شده است.
نمودار زیر تجهیزات و لوازم مورد نیاز برای ساخت برجستگی های طلاکاری شده از جمله دستگاه باندینگ، مویرگی (کاپیلاری مویرگی) و سیم طلا را نشان می دهد:

از این میان، دستگاه باندینگ نوع Kulicke و Soffa (KS) در صنعت دستگاه باندینگ کاربرد بیشتری دارد و ساختار داخلی تجهیزات در زیر نشان داده شده است:

قسمت سر جوش تجهیزات، بخش کلیدی تولید برآمدگی سر میخ طلایی است، همانطور که در شکل زیر نشان داده شده است، قسمت سر جوش شامل یک کشنده سربی، یک لوله شیشه ای سرب، یک الکترود (همچنین به عنوان فندک شناخته می شود). ، یک مویرگ (همچنین به عنوان مویین شناخته می شود) و یک گیره سیم طلا.

در مرحله آماده سازی اتصال، گیره سیم باز می شود و بلوک گرمایش تا دمای معینی گرم می شود. مویرگ تا حدودی به سمت پایین حرکت می کند تا دهانه مویرگ به فندک نزدیک شود. در این زمان، سیستم جرقه زنی الکترونیکی در مدت زمان بسیار کوتاهی حدود 2000 ولت برق فشار قوی آزاد می کند، به طوری که یک حلقه بین سیم دم سیم طلایی در نوک مویرگ و الکترود فندک تشکیل می شود، به طوری که بخش کوچکی از سیم طلایی که در معرض دهانه مویرگی قرار دارد تحت تأثیر FAB فعلی (توپ هوای آزاد) تشکیل می شود و سپس مویرگ به حرکت خود به سمت پایین ادامه می دهد، به طوری که FAB با پد تراشه در تماس است و FAB تشکیل می دهد. شکل پای ثابت تحت عمل فشار پیوند، و سپس فشار مویرگی کاهش می یابد. انرژی مافوق صوت شروع به عمل می کند تا اتصال محکمی بین FAB و پد ایجاد کند، پس از اتمام اتصال، مویرگ تا فاصله ای به سمت بالا حرکت می کند تا نازل مویرگی بتواند یک قطعه کوچک سیم طلا را ترک کند تا یک FAB تشکیل شود. برای کار شمع باندینگ بعدی، پس از بالا رفتن یک مسافت، مویرگ از بالا رفتن متوقف می‌شود، گیره سیم سیم طلا را سفت می‌کند، مویرگی با گیره سیم و سیم طلا به بالا حرکت می‌کند و سیم طلا در این فرآیند شکسته می‌شود. حرکت به سمت بالا، برآمدگی سر ناخن.
لایه اول برآمدگی سر میخ طلایی روی پد آلومینیومی چسبانده می شود و بر اساس تکمیل لایه اول برجستگی سر میخ طلایی، باندینگ لایه دوم برجستگی سر میخ طلایی انجام می شود تا چسبندگی کل آن محقق شود. برجستگی سر ناخن طلایی لمینت شده و کل فرآیند باندینگ مشابه فرآیند باندینگ لایه اول برآمدگی سر ناخن طلا است. فرآیند اتصال برآمدگی های سر ناخن طلا عمدتاً تحت تأثیر فشار باندینگ، قدرت اتصال و زمان اتصال است. روند تشکیل برآمدگی سر ناخن طلا در شکل زیر نشان داده شده است:

فرآیند باندینگ برجستگی سر ناخن طلا به طور عمده به سه مرحله تقسیم می شود: مرحله اول مرحله برخورد است، یعنی مرحله غلظت فشار پیوند، که با حداکثر فشار پیوند مشخص می شود و قدرت پیوند در این مرحله اعمال نمی شود. مرحله دوم مرحله آماده سازی باندینگ است، جایی که مویرگ برای عمل پیوند بین برجستگی سر ناخن طلایی و پد آماده می شود. در این مرحله فشار پیوند کاهش می یابد. مرحله سوم مرحله باندینگ است که مرحله ای است که برآمدگی طلا و بالشتک یک پیوند ایجاد می کنند و مرحله ای است که قدرت پیوند و فشار پیوند با هم کار می کنند. در این مرحله مویرگ تحت تاثیر امواج فراصوت به شدت شروع به حرکت می کند، سطح پیوند از بین می رود و در مدت زمان بسیار کوتاهی به سرعت پیوند قوی ایجاد می شود.

IV.عوامل موثر بر برآمدگی سر ناخن طلایی
1، انتخاب مویرگی
در فرآیند چسباندن برآمدگی سر ناخن طلایی لمینت شده، سازگاری هر باند برجستگی سر ناخن طلایی یک عامل کلیدی برای اطمینان از موفقیت باند است. اندازه مویرگ مشخص کننده ویژگی های اتصال برآمدگی سر ناخن طلایی لمینت شده و ویژگی های هندسی برآمدگی سر ناخن طلا است. بنابراین، برای به دست آوردن یک برآمدگی سر ناخن طلایی با قوام باند خوب، لازم است یک مویرگ مناسب انتخاب کنید. اندازه سوراخ مویین (H)، قطر پخ (CD) و زاویه پخ (CA) معمولاً مهمترین فاکتورهای مرجع برای انتخاب مویرگ هستند.
شکل زیر پارامتر مربوط به Kulicke و Soffa (یک مویرگی) است:


2، اثر لایه اول اثر برآمدگی سر ناخن طلا
باند برجستگی سر ناخن طلایی لمینت شده برای تکمیل لایه اول باندینگ سر ناخن طلایی است و سپس لایه دوم باندینگ سر ناخن طلایی، یعنی برجستگی سر ناخن طلایی لمینت شده از اولین لایه میخ طلایی تشکیل شده است. برجستگی سر و لایه دوم سر ناخن طلایی. شکل زیر به ترتیب نمودار ریز ساختار لایه اول برآمدگی سر میخ طلایی و برجستگی سر میخ طلایی لمینت شده است.
لایه اول باند ضربه گیر سر ناخن طلا جزء باند ضربه گیر سر ناخن طلایی لمینت شده است و کیفیت لایه اول باند ضربه گیر سر ناخن طلا و پارامترهای اندازه آن بر روی لایه دوم باند ضربه گیر سر ناخن طلا تاثیر دارد. .


پارامترهای اندازه کلیدی اولین لایه برآمدگی سر میخ طلایی در شکل زیر نشان داده شده است، جایی که d قطر سیم طلا است که توسط سیم طلایی استفاده شده برای اتصال تعیین می شود، ارتفاع h توسط شکل تعیین می شود. مویرگ باندینگ و ارتفاع برآمدگی سر میخ طلایی H و حداکثر قطر شعاعی D برجستگی سر میخ طلایی به طور مشترک توسط پارامترهای فرآیند باندینگ تعیین می شوند.

بهبود کیفیت برآمدگی سر ناخن طلا عمدتاً از طریق بهینه سازی عوامل زیر است:
(الف) (قرار دادن برآمدگی)
(ب) (برشی دست انداز)
(ج) (قطر برآمدگی)
(د) (ضخامت برآمدگی)
(ه) (ارتفاع برآمدگی)
(f) (آزمایش دهانه)
(g) (IMC)
اندازه گیری نیروی رانش توپ طلا مطابق تصویر زیر آزمایش می شود:

برای برخی از مشکلات رایج در کاربردهای عملی، می توان آنها را از جنبه های زیر بهبود بخشید:


V. تجزیه و تحلیل شبیه سازی برآمدگی های سر ناخن طلا
از طریق شبیه سازی و تجزیه و تحلیل کل فرآیند پیوند سیم طلا، داده های شبیه سازی در شکل زیر نشان داده شده است:

در مرحله برخورد برآمدگی سر میخ طلایی، توزیع تنش برآمدگی سر میخ طلا ناهموار است و سطح تنش نسبتاً زیاد است و ناحیه با سطح تنش زیاد در داخل برآمدگی سر میخ طلایی و سطح تماس بین آن قرار دارد. برجستگی طلا و پد، و این نواحی مناطقی هستند که فشار پیوند متمرکز است.
شکل زیر نمای مثبتی از توزیع تنش لنت است، تنش پد در ناحیه دایره ای متمرکز شده است که مرکز پیوند به عنوان مرکز دایره است، که در آن تنش بزرگتر در ناحیه محیطی دایره توزیع می شود. و مرز مشخصی با ناحیه تنش کوچکتر وجود دارد که در آن تغییر شکل پد شدیدتر خواهد بود و تغییر شکل شدید باعث دررفتگی بیشتر و ایجاد پیوند آسانتر می شود. تصویر سمت راست رد پیوند برآمدگی سر ناخن طلایی را نشان می دهد. ناحیه مایل به سفید ناحیه تشکیل دهنده پیوند است و می توان مشاهده کرد که پیوند عمدتاً در ناحیه محیطی دایره متحدالمرکز در مرکز هندسی پد ایجاد می شود که مربوط به ناحیه توزیع تنش بزرگتر در طول دوره است. تلنگر طلا برآمدگی سر ناخن فرآیند باند.

باندینگ برجستگی های سر ناخن طلایی لمینت شده برای تکمیل لایه دوم برجستگی سر ناخن طلایی بر اساس تکمیل لایه اول برآمدگی سر ناخن طلا می باشد. در طول کل فرآیند باندینگ، مویرگی هم بر روی استرس و هم فشار لایه اول برآمدگی های سر ناخن طلایی و لایه دوم برجستگی های سر ناخن طلایی تأثیر می گذارد.

همانطور که در شکل زیر نشان داده شده است، در مرحله برخورد باند برآمدگی سر ناخن طلایی لمینت شده، سطح تنش بالاتر برجستگی سر ناخن طلایی لمینت شده به طور عمده در داخل دو برجستگی سر میخ طلایی نزدیک به سطح تماس توزیع می شود. برجستگی های سر میخ طلایی بالا و پایین که در آن تنش بزرگتر در لایه دوم برآمدگی های سر ناخن طلا متمرکز می شود و بیشترین تنش در سطح تماس باند لایه اول برآمدگی های سر ناخن طلا و لایه دوم ظاهر می شود. برآمدگی های سر ناخن طلایی

VI،ششم، خلاصه فناوری برآمدگی سر ناخن طلا
در مقایسه با فناوری اتصال سیم سنتی، الکترودهای ضربه‌ای در ناحیه لحیم کاری اتصال فن‌آوری اتصال فلیپ چیپ نه تنها در امتداد لبه در اطراف تراشه توزیع می‌شوند، بلکه می‌توانند با سیم‌کشی مجدد توزیع شوند، بنابراین فناوری اتصال فلیپ تراشه مزایای زیر را دارد:
(1) سیم های اتصال بسیار کوتاه هستند و ظرفیت سرگردان، مقاومت اتصال و اندوکتانس اتصال ایجاد شده توسط اتصال بسیار کوچکتر از سیم های WB است. به طوری که برای استفاده از محصولات الکترونیکی با فرکانس بالا و سرعت بالا مساعدتر باشد.
(2) اتصالات متصل به تراشه، سطح زیرلایه کوچکی را اشغال می کنند و تراکم بالای تراشه نصب شده دارند.
Bibliogrآفی:
(1) کونگ لینگ سونگ: تحقیق در مورد کنترل کیفیت برجستگی طلایی باندینگ تراشه‌های فلیپ اولتراسونیک حرارتی (2) وانگ جیائو، مکانیسم واکنش شکل‌دهی و واسط روی برجستگی سر ناخن _مفاصل فلزی لحیم کاری مبتنی بر Sn
(3) Tang Wenliang، شبیه سازی و تحقیق قابلیت اطمینان کلید ضربه ای سر ناخن طلایی چند لایه

پایان