Presentation laddar. Vänta.

Presentation laddar. Vänta.

MIKROELEKTRONIK KONSULT AB Hägergatan 79, 692 36 Kumla,Sweden Phone:+46-19-581890 Fax:+46-19-581802 Anslutning.

Liknande presentationer


En presentation över ämnet: "MIKROELEKTRONIK KONSULT AB Hägergatan 79, 692 36 Kumla,Sweden Phone:+46-19-581890 Fax:+46-19-581802 Anslutning."— Presentationens avskrift:

1 MIKROELEKTRONIK KONSULT AB Hägergatan 79, Kumla,Sweden Phone: Fax: Anslutning av halvledarchips innehåll: 1.Trådförbindning Au kontra Al-bondning 2.Bondning för höga strömmar 3.Anslutning via bumpar dvs Flip Chip -teknik

2 MIKROELEKTRONIK KONSULT AB Hägergatan 79, Kumla,Sweden Phone: Fax: OLIKA SÄTT ATT ANSLUTA (FÖRBINDA) IC-CHIPS TILL SUBSTRAT/LAMINAT B) Flip Chip-teknik.Här måste man först tillverka ”bumpar” på wafern,vilket kan ske på olika sätt A) Trådförbindning dvs Au- eller Al-bondning Lim IC-chip

3 MIKROELEKTRONIK KONSULT AB Hägergatan 79, Kumla,Sweden Phone: Fax: Deponering av lim på substrat/laminat Montering av chip Härdning av lim Bondning av n st trådar Eltest Kapsling Montering av Flip Chip (tryck värmeförbindning) Eltest Kapsling (Om så krävs) Bumpning och sågning av wafer Sågning av standardwafer Antal tillverkningssteg för att montera ett trådbondat chip och ett Flip Chip Trådbondning Flip Chip

4 MIKROELEKTRONIK KONSULT AB Hägergatan 79, Kumla,Sweden Phone: Fax: Au-ball bond

5 MIKROELEKTRONIK KONSULT AB Hägergatan 79, Kumla,Sweden Phone: Fax: Al-wedge bond(Denna typ av bondmaskin kan även bonda Au-tråd)

6 MIKROELEKTRONIK KONSULT AB Hägergatan 79, Kumla,Sweden Phone: Fax: Au-ball bonding Eftersom Au-tråden kommer vertikalt genom ett hål och kapillären är symmetrisk,innebär detta att man efter att ha bondat 1:a bonden på chipet kan röra kapillären åt vilket håll som helst (eg substratet) Al-wedge bonding Eftersom Al-tråden går genom ett hål i kapilären måste man ”rikta upp” substratet så att man först bondar en bond på chipet och sedan kan föra substratet ”i Al-trådens riktning” innan bond 2 på substratet kan bondas CD A B (Om A bondas först och sedan B bondas på substratet,måste substratet med chip vridas 90 ° och förflyttas i sidled innan man kan bonda C och D

7 MIKROELEKTRONIK KONSULT AB Hägergatan 79, Kumla,Sweden Phone: Fax:

8 MIKROELEKTRONIK KONSULT AB Hägergatan 79, Kumla,Sweden Phone: Fax:

9 MIKROELEKTRONIK KONSULT AB Hägergatan 79, Kumla,Sweden Phone: Fax:

10 MIKROELEKTRONIK KONSULT AB Hägergatan 79, Kumla,Sweden Phone: Fax: Sannolikhet för en bra bond här=(1- d c ) Sannolikhet för en bra bond här=(1-d s ) d c och d s anges i ppm,part per million=10 -6

11 MIKROELEKTRONIK KONSULT AB Hägergatan 79, Kumla,Sweden Phone: Fax: De två vänstra bilderna visar en ”spotty bond” efter åldring Bilden längst till höger visar de olika inter- under 1 timma vid 300 °C.Denna bond hade < 0,1 gram i metallerna hos en ”bra” bond efter åldring. Bondstyrka Notera att den porösa intermetallen hamnar En vänstra bilden ovan visar hur Al-padden på chipet ser ut. längst ut under Au-kulan vilket ger låg lyftkraft Notera den porösa intermetallen AuAl 2 tack vareAu-kulans krökning. Den mittersta bilden visar den korresponderande Au-kulan där man ser kratrar där Au har bildat intermetall med Al.

12 MIKROELEKTRONIK KONSULT AB Hägergatan 79, Kumla,Sweden Phone: Fax: Au-tråd bondad mot Al på chip åldrad i timmar Resistansändringar vid åldring vid 200 °C för olika vid 200 °C (4,9 år) Al-tjocklekar med eller utan Si-inblandning

13 MIKROELEKTRONIK KONSULT AB Hägergatan 79, Kumla,Sweden Phone: Fax: Bilden till vänster visar att med Au-bondning mot ledare av tjockfilmsguld ökar medelvärdet på bondstyrkan från 6,5 till 8 gram efter åldring 1 timme vid 290 °C (ESA-krav) Viktigare är dock att medelvärdet M -3 s ökar med 50 % från 4 till 6 gram.De svagaste bondarna har alltså blivit 50 % starkare! Vid Al-bondning mot ledare av tjockfilmsguld minskar medelvärdet av bondstyrkan från 12 gram till 3,5 gram. M-3s minskar från 8 gram till ca 1 gram Vid fallprov från 1,5 m höjd (alt 1 m höjd) är det lätt att visa att om en krets med Au-tråd klarar fallprovet då kretsen är nytillverkad,klarar den också provet då den varit i drift under 20 års tid! Vid Al-tråd är det svårt att argumentera!

14 MIKROELEKTRONIK KONSULT AB Hägergatan 79, Kumla,Sweden Phone: Fax:

15 MIKROELEKTRONIK KONSULT AB Hägergatan 79, Kumla,Sweden Phone: Fax:

16 MIKROELEKTRONIK KONSULT AB Hägergatan 79, Kumla,Sweden Phone: Fax: Fördelar med Au-ball bond 2-4 gånger snabbare än Al-bondmaskiner 99% av alla världens IC bondas med Au- ball bond maskiner Kan användas för att göra ”Stud Bump”Flip Chip Minsta pitch i produktion 60 µm Nackdelar med Au-ball bond Måste bondas med substratet/laminatet > 100 °C Fördelar med Al-wedge bond Kan bondas på billiga laminat eftersom bondningen kan ske vid rumstemperatur Al-wedge-bond används ALLTID vid bondning till effekthalvledare eftersom grova trådar krävs Al-tråd används ibland för applikationer med höga g- krafter Minsta pitch i produktion 60 µm Nackdelar med Al-wedge bond Långtidstillförlitlighet i svår miljö

17 MIKROELEKTRONIK KONSULT AB Hägergatan 79, Kumla,Sweden Phone: Fax:

18 MIKROELEKTRONIK KONSULT AB Hägergatan 79, Kumla,Sweden Phone: Fax:

19 MIKROELEKTRONIK KONSULT AB Hägergatan 79, Kumla,Sweden Phone: Fax:

20 MIKROELEKTRONIK KONSULT AB Hägergatan 79, Kumla,Sweden Phone: Fax: Bondning av effektkomponenter dvs trådar där stora strömmar flyter För höga strömmar används oftast Al-tråd (Av kostnadsskäl) Vanligaste Al-trådarna har en diameter större än 70 µm Viktigt att Al-trådar bondas med en korda enligt följande figur dvs H 0 skall vara minst 25 % av avståndet mellan bondpunkterna! Bilden ovan visar hur Al-tråden utvidgas (Al=24 ppm/°C) då höga strömmar löper genom den.Om Al-tråden är dragen med för liten korda H 0 blir påfrestningarna för stora vid Al-trådens två bondpynkter (Utmattning)

21 MIKROELEKTRONIK KONSULT AB Hägergatan 79, Kumla,Sweden Phone: Fax:

22 MIKROELEKTRONIK KONSULT AB Hägergatan 79, Kumla,Sweden Phone: Fax: Varför är det så viktigt att då man bondar på mönsterkortmaterial ha ett lager Nioch tunt Au på mönsterkortets bondpaddar? 1)Studera två bondpaddar A och B på bilden nedan A B Bondpad A ligger på ett tjockt lager epoxy medan bondpad B ligger praktiskt taget på glasfiberväven.Detta ger olika betingelser för bondningen och olika tillförlitlighet på bondarna.Ett Ni-lager ca 4-5 µm tjockt styvar upp bondpaddarna avsevärt och ger avsevärt bättre reproducerbarhet på bondarnas tillförlitlighet.Au-skiktet är till för att förhindra att Ni-lagret oxiderar

23 MIKROELEKTRONIK KONSULT AB Hägergatan 79, Kumla,Sweden Phone: Fax: Vilka metaller kan man bonda mot utan att få tillförlitlighetsproblem efter lång tid i drift? Au-tråd kan bondas mot: Au,Ag,Pd(om på mönsterkort krävs Ni under Pd),Au+Ni Au-tråd bör INTE bondas mot: Cu, Al-tråd kan bondas mot: Au+Ni,Al,Ni (oxider måste tas bort innan),Tjockfilms-Au under vissa förutsättningar Al-tråd bör INTE bondas mot: Cu (bör ha Ni+Au på ledaren),Absolut inte mot Ag

24 MIKROELEKTRONIK KONSULT AB Hägergatan 79, Kumla,Sweden Phone: Fax: Kallas ofta UBM-lager (Under Bump Metallization) Oftast sker bumpning direkt på en wafer dvs innan man har sågat wafern i individuella chip.Det finns dock ett par tekniker där man kan bumpa en del av en wafer och t.o.m. enstaka chips.Sådana bumpningstekniker är Stud Bump-teknik Electroless Ni+Au.teknik

25 MIKROELEKTRONIK KONSULT AB Hägergatan 79, Kumla,Sweden Phone: Fax: Au-ball STUD Bumping Det finns automatiska Au-ball bondmaskiner som kan: Bumpa 18 bumpar per sekund Minsta pitch = 70 µm för 3 sigma i produktion(60 µm på gång) Flexibel teknik,inga fotomasker krävs,ny chiplayout medför bara omprogrammerinf av bondutrustningen Det finns 2 olika sätt att ansluta Flip Chip med Stud Bump till substrat/laminat: 1) Tryck/värmeförbindning (thermocompression) -Man vänder chipet med bumparna nedåtmot substratet,Under tryck(40 gf/bump) och vid 380°C kan bondning ske på 10 sekunder. Lämpligt för MMIC-kretsar (GaAs) med få bumpar.Man måste använda KERAMISKA substrat eftersom temperaturen är så hög! 2) Limma med ledande lim(vanligen Ag-lim) -Man doppar chipets bumpar i ett tunt lager Ag-lim som ligger på en plan glasskiva -Man monterar sedan chipet på ett mönsterkort eller keramiskt laminat OBS!Kräver Au-pläterade ytor på mönsterkortet (Ni+Au exvis) -Då limmet är härdat kan elektrisk test göras och ev inbränning ske.Felaktiga chips byts lättt!Denna teknik är lämplig för korta serier med moduler som har > 3 -4 chips.Underfill måste göras då test OK

26 MIKROELEKTRONIK KONSULT AB Hägergatan 79, Kumla,Sweden Phone: Fax: Stud Bumps monterade med icke ledande lim (Non Conductive Adhesive) Metoden är ekonomiskt mycket gynnsam eftersom ”epoxyn” inte innehåller några metallpartiklar och man samtidigt som limmet härdar erhåller underfill. Används i dag i produktion med 1 chip per substrat Med flera chips per substrat kan problem uppstå om olika tjocklek på chipen och vågighet på laminatet vilket medför olika mekaniskt tryck på chipen.Detta är dock sannolikt lösbart. Metoden troligen mycket användbar med flexibla substrat

27 MIKROELEKTRONIK KONSULT AB Hägergatan 79, Kumla,Sweden Phone: Fax: Electroless Ni+Au bumps Metoden kräver inga fotomasker Metoden kan arbeta med hela wafers ned till enstaka chips Metoden kapslar in de ”känsliga Al-paddarna i Ni vilket ökar tillförlitligheten i svår miljö Metoden ger 5-ca 20 µm höga bumpar Metoden utmärkt för ACA (Anisotropic Conductive Adhesive) Metoden används ofta (5 µm höga bumpar) som underlag för att trycka lodpasta på wafers Metoden utvecklad i Finland (PicoPac) men största ”utvecklaren” är i Tyskland (PacTech)

28 MIKROELEKTRONIK KONSULT AB Hägergatan 79, Kumla,Sweden Phone: Fax: Olika metoder för att göra lodbumpar genom tryckning av lodpasta på wafers Tryckning av lodpasta genom metallstencil Tryckning av lodpasta genom tjock fotoresist Ta bort fotoresist resp metallstencil Omsmältningslödning i N 2 OBS!Med dessa metoder kan man trycka exvis SnAgCu-pasta dvs blyfri pasta! Lodpastans volym efter omsmältningslödning är kxV där V=volymen lodpasta efter tryckning (k ca 0,5 beror på lodpastan)Bl a av denna anledning blir minsta pitch och bumphöjd begränsade med dessa tryckningsmetoder

29 MIKROELEKTRONIK KONSULT AB Hägergatan 79, Kumla,Sweden Phone: Fax:

30 MIKROELEKTRONIK KONSULT AB Hägergatan 79, Kumla,Sweden Phone: Fax: Elektropläterade bumpar Groddlager som kortsluter samtliga paddar på wafern(måste tas bort innan wafern delas) Al-pad Tjock fotoresist µm Pläterad bump.Kan vara: Au Cu PbSn (OBS ej blyfritt får ej användas i mobila sammanhang) UBM (Under Bump Metallization) Denna typ av bump tillåter den minsta pitchen samtidigt som bumparnas höjd kan vara relativt hög, vilket dock kostar (processtid) Au-bumparna kan doppas i ledande lim (kräver Au-plätering på mönsterkortet) för reparerbarhet vilket krävs för komplexa moduler med dyra processorchip t.ex

31 MIKROELEKTRONIK KONSULT AB Hägergatan 79, Kumla,Sweden Phone: Fax:

32 MIKROELEKTRONIK KONSULT AB Hägergatan 79, Kumla,Sweden Phone: Fax: Anisotropical Conductive Paste (ACP) or Film (ACF) ACP har fördelar över ACF pga: Pasta kan tryckas och dispenseras etc på flera ställen av ett substrat ”samtidigt” ACP är billigare än ACF ACF måste delas upp i olika stora filmer,en för varje chipstorlek,dessa måste utplaceras och förmonteras innan Flip Chipen kan monteras Däremot kan ACF ha en fördel om man skall montera chips med extremt liten pitch

33 MIKROELEKTRONIK KONSULT AB Hägergatan 79, Kumla,Sweden Phone: Fax:


Ladda ner ppt "MIKROELEKTRONIK KONSULT AB Hägergatan 79, 692 36 Kumla,Sweden Phone:+46-19-581890 Fax:+46-19-581802 Anslutning."

Liknande presentationer


Google-annonser