热超声倒装贴片

多年来热超声倒装键合有了较大的发展。对于基板,从最初的只局限于陶瓷基板到现在可以应用到多样材质的基板,对于芯片,从只局限于芯片底部只有有限的凸点,改善到现在允许更大尺寸的芯片与更多的凸点。

热超声键合的优点是可以在较低的温度中促进金与金的连接。


键合过程

图 1,压印前的钉头凸点,线的直径是 25 微米


凸点

热超声键合工艺的原型与wire bonder原理类似。

如图 1 所示,是在 Au 凸点的尾丝,焊点可以加工成规律的形状,创造更大的接触面积和高度。

键合

用等离子技术清洁基板的焊盘材料与焊点可以提高键合的强度,清洗后把基板放置于设备上。

芯片上的凸点与基板上的 PAD 位置对准后在高温和超声压力下进行键合。视频里显示的是应用的具体过程。


优势

各种倒装芯片封装方法的温度和压力

金金热压 (TC AuAu); 金锡热压 (TC AuSn); 热压焊;回流焊,和热超声。


热超声倒装键合与其他倒装芯片封装方法相比的主要优势是所需的温度和压力较低。图 3 显示了热超声焊与其它封装方式在温度和压力方面的不同。.

如图 3 所示,热超声工艺温度低于其他常见的芯片封装工艺温度。通常热超声的工艺温度低于 200 ℃,有时甚至低于 100℃。 热超声键合所需的压力通常是每凸点 50-100 克,也低于热压工艺的压力。

热超声贴片的单位产品耗时很短,在量产型的全自动设备上可以达到 3600 的 UPH。 较少的工艺步骤和较短的工艺时间使得热超声键合工艺具有很好的生产效率,降低生产成本。

金-金互连相比通过其他导电粒子互联具有更较低的电阻(5 毫欧)和更好的阻抗稳定性。

金凸点的良好延展性和强度使得小型芯片键合后不必填充底部填充胶成为可能,从而可以贴装一些不能接受底部填充的芯片,例如具有机械移动部件的压力传感器 Mems 芯片等。

原来的热超声技术适用的芯片尺寸较小、凸点数量较少,现在已经发展到芯片较大,凸点数量 50-100个。 使用热超声键合较大的芯片时,需要优良性能的设备, 具有更好的共面性和压力均匀性。已有验证做到细微间距超过 1000 个凸点的键合。

相类似,基板材料已从陶瓷延伸到柔性基板和各种硬质有机基板。这同样基于键合设备性能的提高。总之,设备和技术的进步促进了低温热超声倒装技术在许多新的应用上的发展。


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