Termosonické připojování lícního čipu

Ačkoliv byly původně omezeny na malé čipy s nízkým počtem nálitků, zdokonalené zařízení dnes umožňuje větší čipy s vyšším počtem nálitků.

Níže popisované přednosti termosonického připojování a nevýhody bezolovnaté pájky stimulují nárůst těchto spojů zlato-zlato při nízkých teplotách.

Proces připojování

Tvorba nálitků

Proces termosonické montáže se v mnoha ohledech podobá svému předchůdci, připojování zlatým drátem. V první fázi připojování kuličkou zlatého drátu se umístí zlatý nálitek na přípojnou plošku. U termosonických nálitků se namísto protažení drátu na druhou plošku se drát nad prvním nálitkem přeruší.

Jak je zřejmé z obr. 1, tento postup obecně za sebou zanechává koneček drátu. Nálitky je možno zarovnávat stejnoměrným stlačením, nebo tento koneček drátu mechanicky odstřihnout, vytvořit větší kontaktní plochu a vyrovnat výšku všech nálitků na čipu.

Montáž

Stejně jako u připojování drátu, čištění nálitků a plošek substrátu plazmou bezprostředně před montáží může zlepšit pevnost spoje a spodní plnění. Po čištění se substrát umístí do vyrovnávače přípojů.

Nálitky na čipu jsou vyrovnány s ploškami substrátu, uvedeny do kontaktu a připojeny zvukovou energií za působení tepla a tlaku.

Přednosti

Hlavní předností termosonického připojování lícních čipů je nízká teplota a nízká potřebná síla ve srovnání s jinými metodami montáže lícního čipu. Na obr. 3 je znázorněn režim teploty a tlaku u běžných připojovacích metod.

Jak je zřejmé z obr. 3, teploty při termosonickém připojování jsou nižší, než u ostatních běžných metod. Termosonická montáž obecně probíhá při méně než 200°C a může to být i méně než 100 °C. Síly při termosonickém připojování 50 ÷ 100 gramů na nálitek jsou rovněž nižší než síly tepelné komprese.

Termosonický připojovací cyklus je krátký; velkoobjemové automatizované stroje mohou vyrábět 3 600 jednotek za hodinu. Kratší cyklus a menší počet procesních fází přispívají k vysoké kapacitě výroby a sníženým nákladům. Spoj zlato-zlato dává nižší (5 mΩ ) a stabilnější odpor, než je tomu u spojů vodivou částicí.

Shoda a pevnost nálitků se zlatým výstupkem umožňují zabránit spodnímu plnění menších čipů. To dovoluje montovat čipy, jež nemohou spodní výplň tolerovat, jako jsou tlaková čidla MEMS s mechanicky pohyblivými částmi.

Původní omezení termosonické metody na malé čipy s malým počtem nálitků bylo rozšířeno na větší čipy s 50 ÷ 100 nálitky. Montáž větších čipů vyžaduje výbornou koplanaritu a stejnosměrné rozložení připojovací síly zdokonaleného montážního zařízení. Demonstrováno bylo více než 1 000 nálitků s malou roztečí.

Materiály substrátu se rovněž rozšířily od keramických po pružné, a na různé tuhé organické substráty. Rovněž zde bylo zdokonalené zařízení klíčem k tomuto rozšíření. Stručně řečeno, pokrok v zařízení a technologii stimuloval rozšíření termosonické připojování lícních čipů při nízké teplotě v mnoha nových aplikacích.

Vysvětlení k obr. 3:

Tepelná komprese zlato-zlato (TC AuAu); tepelná komprese zlato-cín (TC AuSn); termokompresní pájení; pájení přetavením, a termosonická metoda.