10 Montaż i hermetyzacja struktur [tryb zgodności]

Projekt współfinansowany przez Uni

Europejsk

w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego

ynieria wytwarzania

Dr in

. Andrzej Kubiak

Definicje mikro- i nanotechnologii

Zagadnienia utrzymania czysto

ci w procesach mikro- i

nanotechnologii

Materiały półprzewodnikowe – własno

ci, wytwarzanie, obróbka

mechaniczna

Trawienie materiałów półprzewodnikowych

Technologia procesów fotolitografii

Domieszkowanie półprzewodników

Wytwarzanie nowych warstw. Tlenek krzemu

Osadzanie pró

niowe cienkich warstw

Osadzanie chemiczne z fazy lotnej

10. Monta

i hermetyzacja struktur

11. Struktury mechatroniczne

ynieria wytwarzania

Dr in

. Andrzej Kubiak

Definicje mikro- i nanotechnologii

Zagadnienia utrzymania czysto

ci w procesach mikro- i

nanotechnologii

Materiały półprzewodnikowe – własno

ci, wytwarzanie, obróbka

mechaniczna

Trawienie materiałów półprzewodnikowych

Technologia procesów fotolitografii

Domieszkowanie półprzewodników

Wytwarzanie nowych warstw. Tlenek krzemu

Osadzanie pró

niowe cienkich warstw

Osadzanie chemiczne z fazy lotnej

10. Monta

i hermetyzacja struktur

11. Struktury mechatroniczne

10. Monta

i hermetyzacja struktur

Technologie monta

u nad

ąż

za ogólnymi trendami obserwowanymi w

elektronice: wszystko, co jest wytworem elektroniki powinno by

mniejsze, l

ejsze,

powinno charakteryzowa

ksz

niezawodno

, wi

ksz

szybko

działania, by

bardziej funkcjonalne oraz by

sze.

Packaging technology:

- doprowadzenie zasilania do układu elektronicznego

- przesyłanie sygnałów wej

ciowych i wyj

ciowych

- odprowadzenie ciepła z układu

- zabezpieczenie układu przed niekorzystnym oddziaływaniem

rodowiska

Trzy pierwsze wymienione funkcje s

realizowane przez operacje monta

u, za

ostatni

funkcje spełnia operacja hermetyzacji.

Monta

i hermetyzacja struktur *

Monta

i hermetyzacja struktur *

* Wykład na podstawie materiałów dr in

. Zbigniewa Szczepa

skiego „Technologie Mikromonta

u”

Instytut Mikro i Optoelektroniki, Politechnika Warszawska

10. Monta

i hermetyzacja struktur

Niezale

nie od konstrukcji u

ytych do monta

u przyrz

dów półprzewodnikowych i

układów scalonych, w procesie ich monta

u wyst

puj

dwie operacje

technologiczne:
- poł

czenie struktury półprzewodnikowej z podło

em obudowy lub podło

mikroukładu,
- wykonanie poł

cze

pomi

dzy metalicznymi kontaktami struktury

półprzewodnikowej oraz kontaktami podło

a mikroukładu.

Obecnie stosowane s

nast

puj

ce technologie doł

czania struktur

półprzewodnikowych do podło

• lutowanie eutektyczne,
• lutowanie lutem twardym,
• klejenie struktur kompozycjami polimerowymi,
• klejenie struktur kompozycjami nieorganicznymi.
Podło

em mo

e by

obudowa metalowa typu TO, metalowy a

ur monta

owy,

obudowy metalowe lub metalowo-ceramiczne czy podło

e ceramiczne układu

hybrydowego

Monta

i hermetyzacja struktur

Monta

i hermetyzacja struktur

10. Monta

i hermetyzacja struktur

Technologie doł

czania struktur

Technologie doł

czania struktur

Schemat monta

u struktury tranzystora

w obudowie typu TO

Poprawnie wykonana operacja
doł

czania struktury półprzewodnikowej

do podło

a powinna zapewni

- bardzo dobry kontakt omowy o małej
rezystancji,

- wła

ciw

orientacj

kontaktów

struktury wzgl

dem wyprowadze

obudowy,

- dobre odprowadzenie ciepła od
struktury do obudowy,

- odpowiedni

wytrzymało

ść

mechaniczn

poł

czenia

- odporno

ść

na cykle cieplne, wibracje i

wstrz

sy.

10. Monta

i hermetyzacja struktur

Lutowanie eutektyczne

technologia stosowana przede wszystkim w masowej produkcji tranzystorów,

montowanych zarówno w obudowach metalowych typu TO, jak i na a

urach

monta

owych, hermetyzowanych po zako

czonych operacjach monta

owych

tworzywami sztucznymi

w procesie tym wykorzystuje si

zjawisko wyst

powania eutektyki (greckie

słowo eutektos oznacza dobrze topliwy) mi

dzy złotem i krzemem w

temperaturze 370ºC, przy zawarto

ci krzemu 6%

w ten sposób pomimo,

e temperatura topnienia złota wynosi 1063

C, za

temperatura krzemu 1412

C, to w poł

czeniu struktury krzemowej, z obudow

metalow

pokryt

złotem, tworzy si

powy

ej temperatury 370

C płynny stop

eutektyczny, powstały z nadtopienia ł

czonych materiałów tzn. ze złota i krzemu

- rzeczywista temperatura procesu lutowania eutektycznego jest o 50–80

sza od temperatury topnienia eutektyki, ze wzgl

du na konieczno

ść

skrócenia

do minimum czasu lutowania.

10. Monta

i hermetyzacja struktur

Lutowanie eutektyczne

Układ równowagi faz Au-Si

10. Monta

i hermetyzacja struktur

Lutowanie eutektyczne

- monta

tranzystorów mocy w obudowach metalowych oraz na a

urach

monta

owych jest realizowany za pomoc

nagrzewania obudowy do temperatury

nieco poni

ej 300

C i nast

pnie dogrzania rezystancyjnego za pomoc

dwóch

elektrod wolframowych obszaru poł

czenia do temperatury powy

ej temperatury

eutektyki

- chwytanie struktury realizowane jest za pomoc

narz

dzia wykonanego z

glików spiekanych wolframu, do którego doprowadzone jest niewielkie

podci

nienie

10. Monta

i hermetyzacja struktur

Lutowanie eutektyczne

- za poprawnie wykonane poł

czenie uwa

a si

takie przylutowanie struktury, przy

którym stop eutektyczny wypływa wokół wszystkich kraw

dzi struktury

półprzewodnikowej

- w celu ochrony metalicznych kontaktów aluminiowych na powierzchni struktury
półprzewodnikowej przed utlenianiem si

w czasie nagrzewania obudowy (co

uniemo

liwiłoby pó

niejszy monta

doprowadze

w czasie operacji monta

stosuje si

nadmuchiwanie gor

cego azotu na obszar struktury

- ze wzgl

du na zbyt du

y gradient temperatury podczas dogrzewania

rezystancyjnego struktur w układach hybrydowych, ich ł

czenie jest realizowane

poprzez podgrzewane wst

pnie do temp 250÷300ºC, oraz nagrzewanie chwytaka

struktur temp. 420÷450ºC.

- przy rozmiarach struktur >2mm zapewnienie wła

ciwego docisku do podło

wymaga znacznych sił i prowadzi do p

kania struktur, dlatego dla du

e3 struktury

lutuje si

stosuj

c podkładki z lutowia twardego (najcz

ęś

ciej złota i cyny o

temperaturze topnienia eutektyki 280ºC), któr

umieszcza si

na podło

u pod

struktur

półprzewodnikow

10. Monta

i hermetyzacja struktur

Lutowanie lutem mi

kkim

Lutowanie lutem mi

kkim

- technologia stosowana przy monta

u diod du

ej mocy, tyrystorów, tranzystorów

mocy w obudowach typu TO oraz na a

urach monta

owych oraz nieobudowanych

tranzystorów mocy w układach hybrydowych

- lutowie mi

kkie ze stopu cynowo-ołowiowego o składzie zbli

onym do

eutektycznego (Sn67% Pb33%) lub stopu trójskładnikowego okołoeutektycznego
SnAgCu tworzy plastyczn

warstw

pomi

dzy struktur

krzemow

i obudow

, co

pozwala zmniejszy

niedopasowanie termicznej rozszerzalno

ci ł

czonych

materiałów

- struktury krzemowe oraz pokrycie obudowy musi charakteryzowa

dobr

zwil

alno

oraz odporno

na rozpuszczanie w stopie lutowniczym (metalizacja

struktur półprzewodnikowych na dolnej powierzchni warstw

złota lub niklu)

- lutowie do lutowania struktur jest stosowane w postaci podkładek, rzadziej w
postaci pasty lutowniczej. Podkładki po wyci

ciu umieszcza si

na odpowiednie

kontakty podło

a, a nast

pnie na nich układa si

struktury do lutowania

- przygotowane do lutowania układy umieszcza si

na ta

mie pieca przelotowego, w

którym przeprowadzany jest proces lutowania.

10. Monta

i hermetyzacja struktur

Lutowanie lutem mi

kkim

Lutowanie lutem mi

kkim

Z monta

em tranzystorów mocy wi

ąż

e si

bardzo wa

ne zagadnienie

odprowadzenia ciepła od struktury tranzystora. Ciepło jest tym efektywniej
odprowadzane ze struktury półprzewodnikowej, im mniejsza jest rezystancja
cieplna mi

dzy struktur

tranzystora a obudowa. Zmniejszenie rezystancji cieplnej

na uzyska

przez zastosowanie tzw. podkładek po

rednich.

Rt = L /

λλλλ

gdzie:
Rt – rezystancja cieplna w [ºC/W]

λλλλ

- przewodno

ść

cieplna podkładki w [W/m ºC]

A - powierzchnia podkładki w [m

]

- dla uzyskania małej rezystancji cieplnej, podkładki po

rednie wykonane s

materiałów o dobrej przewodno

ci cieplnej oraz małym współczynniku

rozszerzalno

ci cieplnej, aby zapewni

dobre dopasowanie do rozszerzalno

cieplnej krzemu
- najcz

ęś

ciej stosowanym materiałem na podkładki po

rednie jest molibden, bowiem

jego przewodno

ść

cieplna jest bardzo wysoka [170 W/m ºC], za

współczynnik

rozszerzalno

ci cieplnej jest zbli

ony do krzemu (

= 4,9 x 10-6 1/

C).

10. Monta

i hermetyzacja struktur

Lutowanie lutem mi

kkim

Lutowanie lutem mi

kkim

przylutowane tranzystory mocy

w obudowie TO-3 i na a

urze

Monta

tranzystora mocy za pomoc

lutowania

schemat lutowania na a

urze monta

owym

10. Monta

i hermetyzacja struktur

Klejenie struktur

- coraz powszechniejsze stosowanie klejenia w technologii monta

u sprz

elektronicznego zostało spowodowane wprowadzeniem nowych rodzajów klejów o
bardzo korzystnych wła

ciwo

ciach

- do ł

czenia struktur półprzewodnikowych z podło

em stosuje si

zarówno kleje

elektrycznie przewodz

ce (organiczne lub nieorganiczne kompozycje z faz

przewodz

w postaci srebra lub złota, których ziarna maj

wielko

ść

3÷10

m), jak

i kleje elektrycznie nieprzewodz

ce (gdy jest wymagana izolacja elektryczna

struktury półprzewodnikowej od podło

a, np. dla struktur monolitycznych układów

scalonych)

- klej mo

e by

nakładany na pole kontaktowe pod struktur

półprzewodnikow

cznie, z dozownika z wykorzystaniem sitodruku lub z zastosowaniem igieł

transferowych

- operacje klejenia struktur do podło

a mo

na łatwo zautomatyzowa

, stosuj

automatyczne dozowanie kleju oraz podawanie struktur

10. Monta

i hermetyzacja struktur

Klejenie struktur

- nanoszenie kleju z dozownika jest najcz

ęś

ciej stosowan

metod

, za

wielko

ść

kropli naniesionego kleju, dostosowan

do wymiarów doł

czanych struktur mo

zmienia

reguluj

c ci

nienie doprowadzone do dozownika,

rednic

igły dozownika,

czasem dozowania kropli kleju oraz lepko

kleju (

)

- przy nanoszeniu kleju za pomoc

sitodruku, uzyskane pole naniesionego kleju jest

zbli

one kształtem i wymiarami do powierzchni struktury, w zwi

zku z tym ta metoda

nanoszenia kleju mo

e by

stosowana przy doł

czaniu struktur o wi

kszych

modułach

- metoda nanoszenia kleju za pomoc

igieł transferowych jest zalecana do

zastosowa

w monta

u powierzchniowym, za

jej zakres zastosowania przy

doł

czaniu struktur półprzewodnikowych ogranicza si

do struktur o niewielkich

modułach.

10. Monta

i hermetyzacja struktur

Klejenie struktur

Schemat nanoszenia kleju z wykorzystaniem

dozownika (a) oraz igieł transferowych (b)

Zalety technologii klejenia: prostota procesu, o wiele mniejszy szok termiczny w
porównaniu z procesem lutowania eutektycznego i lutowania lutem mi

kkim,

łatwo

ść

automatyzacji procesu.

Wady: małe przewodnictwo cieplne zł

cza klejonego oraz ni

sza wytrzymało

ść

mechaniczna poł

czenia

10. Monta

i hermetyzacja struktur

Monta

drutowy

Monta

drutowy

Po doł

czeniu struktury półprzewodnikowej do podło

a, w nast

pnej operacji

monta

owej nale

y wykona

elektryczne poł

czenia pomi

dzy metalicznymi

kontaktami struktury a zewn

trznymi wyprowadzeniami obudowy.

Jest to jedna z najwa

niejszych operacji procesu technologicznego przyrz

dów

półprzewodnikowych i układów scalonych, bowiem w decyduj

cy sposób wpływa

ona na niezawodno

ść

działania układu jak równie

i koszt wytwarzania układu.

Do realizacji takich poł

cze

stosowane s

nast

puj

ce techniki monta

- monta

drutowy,

- technologia flip chip,
- technologia TAB,
- lutowanie lutem mi

kkim,

- klejenie przy zastosowaniu klejów przewodz

cych.

10. Monta

i hermetyzacja struktur

Monta

drutowy

Monta

drutowy

- du

a elastyczno

ść

procesu

- wysoki stopie

automatyzacji

- stosowanie standartowych struktur
- niskie koszty procesu
- łatwa kontrola optyczna wykonanych poł

cze

oraz mo

liwo

ść

ewentualnej

naprawy wadliwie wykonanych poł

cze

- mała niezawodno

ść

poł

cze

drutowych

- ograniczona g

sto

ść

poł

cze

(osi

gni

to ju

maksimum mo

liwo

ci)

Poł

czenia drutowe w przyrz

dach półprzewodnikowych i układach scalonych

wykonuje si

przy zastosowaniu nast

puj

cych technik monta

- zgrzewanie termokompresyjne (termokompresja)
- zgrzewanie ultrad

kowe (ultrakompresja)

- zgrzewanie ultratermokompresyjne (ultrtermokompresja)
- zgrzewanie mikroszczelinowe zwane równie

mikrozgrzewaniem oporowym

10. Monta

i hermetyzacja struktur

Monta

drutowy

Monta

drutowy

10. Monta

i hermetyzacja struktur

Zgrzewanie termokompresyjne

- poł

czenie mi

dzy metalicznym kontaktem struktury półprzewodnikowej a

wyprowadzeniem obudowy realizowane jest za pomoc

poł

czenia drutowego, na

które wywiera si

znaczne odkształcenie plastyczne w podwy

szonej temperaturze

za pomoc

narz

dzia o okre

lonym kształcie

- poł

czenie mi

dzy drutem a polem kontaktowym nast

puje w wyniku wywarcia na

drut znacznego odkształcenia w temperaturze przekraczaj

cej 300ºC

Schemat termokompresyjnego doł

czania drutu

a) zł

cze kulkowe, b) zł

cze oczkowe, c) sposób formowania kulki

10. Monta

i hermetyzacja struktur

Zgrzewanie termokompresyjne

-najlepszymi wła

ciwo

ciami mechanicznymi charakteryzuj

zł

cza kulkowe

(kulka formowana jest na ko

cu drutu złotego, prowadzonego przez kapilar

glika wolframu za pomoc

promienia wodorowo-tlenowego lub przy

zastosowaniu palnika elektrycznego, wykorzystuj

cego wyładowanie elektryczne

pomi

dzy elektrod

wolframow

i ko

cówk

drutu)

- wyładowanie elektryczne stosowane jest w nowoczesnych rozwi

zaniach

monta

owych, poniewa

zapewnia bardzo du

e szybko

ci w formowaniu kulki

Wady:

- wysoka temperatura procesu (ok. 340ºC)

- konieczno

ść

wywołania du

ego nacisku narz

dzia w celu uzyskania

odpowiedniego odkształcenia drutu, co ogranicza zastosowanie procesu tylko dla
drutów o mniejszych

rednicach (20÷50µm)

10. Monta

i hermetyzacja struktur

Zgrzewanie ultrakompresyjne

- w procesie zgrzewania ultrad

wiekowego (ultrakompresji) jest stosowana energia

ultrad

kowa i nacisk w celu otrzymania bezpo

redniego styku ł

czonych

materiałów

- materiały do ł

czenia s

umieszczone w masywnym uchwycie, aby nie ulegała

rozproszeniu energia ultrad

kowa i dociskane do podło

a narz

dziem zwanym

sonotrod

, która przekazuje energi

ultrad

kow

do obszaru poł

czenia.

- sonotroda jest poł

czona na sztywno z transformatorem drga

, przenosz

cym

drgania z przetwornika piezoelektrycznego o cz

stotliwo

ci ok. 60 kHz.

- w poł

czeniach ultrad

kowych stosuje si

najcz

ęś

ciej drut aluminiowy o

rednicy 20 - 300 µm zawieraj

cy domieszk

krzemu (1%) dla łatwiejszego

urywania drutu po wykonaniu drugiego poł

czenia

10. Monta

i hermetyzacja struktur

Zgrzewanie ultrakompresyjne

Schemat procesu zgrzewania ultrad

kowego

a) zasada procesu zgrzewania, b) konstrukcja sonotrody

10. Monta

i hermetyzacja struktur

Zgrzewanie ultrakompresyjne

Zalety:
- proces ł

czenia wykonywany jest w temperaturze otoczenia

- nie wywołuje zmian strukturalnych w obszarze zł

cza

- proces mo

e by

stosowany zarówno do ł

czenia cienkich jak i grubych drutów

-mo

na wykonywa

poł

czenia zarówno na strukturach klejonych jak i lutowanych

lutem mi

kkim.

Porównuj

c proces ultrakompresji z procesem termokompresji mo

na stwierdzi

ultrakompresja jest znacznie trudniejsza w realizacji i wymaga bardziej
skomplikowanych i dro

szych urz

dze

Głowice do zgrzewania: cienkim (a) i grubym (b) drutem

10. Monta

i hermetyzacja struktur

Zgrzewanie ultratermokompresyjne

- ł

czy ono zalety zgrzewania termokompresyjnego i ultrakompresyjnego i pozwala

na uzyskanie poł

cze

o bardzo dobrych wła

ciwo

ciach mechanicznych.

- proces ten wyst

puje równie

pod nazw

ultrakompresji kulkowej, poniewa

narz

dzie stosowane w tym procesie oraz posta

zł

cza s

takie same jak w

termokompresji kulkowej

- w ultratermokompresji stosowany jest głównie drut złoty, ale bywa równie

stosowany drut miedziany, który charakteryzuje si

ksz

wytrzymało

- urz

dzenie dla tego procesu wyposa

one jest w elementy wspólne dla

termokompresji i ultrakompresji tj. system formowania kulki i zrywania drutu,
generator ultrad

kowy, uchwyty do mocowania układu wyposa

one w grzejniki

- w czasie wykonywania poł

czenia, na kapilar

wykonan

z szafiru podawana jest

z generatora wysokiej cz

stotliwo

ci energia drga

ultrad

kowych, przez co

podło

e mo

e by

podgrzewane do temperatury znacznie ni

szej ani

eli przy

termokompresji i zazwyczaj nieprzekraczaj

cej 200ºC

- dzi

ki zastosowaniu energii ultrad

kowej i podwy

szonej temperatury, istnieje

liwo

ść

doł

czenia drutów o wi

kszych

rednicach i mniejszym nacisku oraz

równie

drutów miedzianych, które zdobywaj

coraz wi

ksze zainteresowanie w

monta

u przyrz

dów półprzewodnikowych

10. Monta

i hermetyzacja struktur

Zgrzewanie ultratermokompresyjne

Schemat wykonywania poł

cze

przy zastosowaniu procesu ultraterrmokompresji

10. Monta

i hermetyzacja struktur

Zgrzewanie ultratermokompresyjne

- aktualnie stosowane urz

dzenia do monta

u drutowego dzi

ki daleko posuni

tej

automatyzacji operacji monta

owych pozwalaj

na uzyskanie bardzo du

wydajno

ci monta

u (czas potrzebny na wykonanie jednego poł

czenia mi

dzy

kontaktem struktury, a wyprowadzeniem zawiera si

w granicach 300÷400 ms)

- nowoczesny automat do ultratermokompresji uczy si

okre

lonego wzorca

topologii kontaktów przewodz

cych, koduj

c współrz

dne wzorca i zapewniaj

kompensacj

współrz

dnych X - Y, w przypadku złego wycentrowania struktur

- urz

dzenia s

wyposa

one w system elektronicznej analizy obrazu, posiadaj

pełni programowany ruch głowicy zgrzewaj

cej w kierunku osi Z co pozwala na

wykonanie poł

cze

na ró

nych poziomach.

10. Monta

i hermetyzacja struktur

Zgrzewanie szczelinowe

- technika zgrzewania mikroszczelinowego (mikrozgrzewania rezystancyjnego jest
poł

czeniem technologii zgrzewania termokompresyjnego i zgrzewania

elektrycznego rezystancyjnego

- narz

dzie do ł

czenia jest wykonane z w

glika wolframu w postaci grota z bardzo

mał

szczelin

, przez który prowadzi si

impulsu pr

du stałego lub zmiennego

powoduj

cy generacj

ciepła na bardzo małym obszarze, w miejscu styku elektrody

z materiałami podlegaj

cymi ł

czeniu

- lokalne rozgrzanie materiałów powoduje zwi

kszenie ich plastyczno

ci i

odkształcenie, na skutek nacisku, jaki wywiera elektroda na materiały ł

ce.

10. Monta

i hermetyzacja struktur

Zgrzewanie szczelinowe

- metoda ta mo

e by

stosowana do ł

czenia doprowadze

zarówno drutowych jak i

tasiemkowych

- zgrzewanie mikroszczelinowe charakteryzuje si

krótkim czasem ł

czenia,

liwo

doł

czania grubszych drutów oraz tym,

e proces przeprowadzony jest

w temperaturze pokojowej, co umo

liwia wykonywanie poł

cze

równie

podło

ach polimerowych

Schemat doł

czania doprowadze

przy zastosowaniu zgrzewania mikroszczelinowego

10. Monta

i hermetyzacja struktur

Monta

bezdrutowy

Monta

bezdrutowy

- wzrost stopnia integracji układów scalnych powoduje,

e liczba wyprowadze

układu jest coraz wi

ksza (tysi

ce wyprowadze

na jeden układ) - poci

ga to za

sob

wzrost g

sto

ci poł

cze

- wymagania dotycz

ce ich niezawodno

ci s

coraz wy

sze i dotychczas stosowane

technologie wykonywania mikropoł

cze

nie mog

sprosta

tym wymaganiom

- odpowiedzi

na współczesne potrzeby mikroelektroniki s

nowe, bezdrutowe

techniki monta

u, wykonywane w technologii flip chip oraz technologii TAB

10. Monta

i hermetyzacja struktur

Technologia flip chip

- technologia monta

u flip chip charakteryzuje si

najwi

ksz

niezawodno

najwi

ksz

sto

poł

cze

, najwi

ksz

wytrzymało

poł

cze

oraz bardzo

krótkimi poł

czeniami

- technologia ta znana jest równie

pod nazw

technologii C-4 (ang. controlled

collapse chip connection), tzn kontrolowanego opadania chipu
- w technologii flip chip stosuje si

struktury półprzewodnikowe z kontaktami

podwy

szonymi, wykonanymi ze złota lub stopu lutowniczego - w czasie ł

czenia

struktura taka ustawiona jest kontaktami do dołu i w czasie cyklu ich doł

czania do

kontaktów podło

a wszystkie poł

czenia s

wykonywane jednocze

nie

10. Monta

i hermetyzacja struktur

Technologia flip chip

- kontakty podło

a, do których doł

czana jest

struktura, s

lustrzanym odbiciem kontaktów

struktury półprzewodnikowej

- do pozycjonowania kontaktów struktury na
kontaktach podło

a stosuje si

specjalne

systemy wizyjno-optyczne, pozwalaj

ce na

bardzo dokładne wycentrowanie poło

enia

struktury (kamera, która na ekranie monitora
pokazuje zarówno obraz struktury
półprzewodnikowej z kontaktami
podwy

szonymi jak równie

i obraz kontaktów

podło

Urz

dzenie monta

owe

dla technologii flip chip

10. Monta

i hermetyzacja struktur

Technologia flip chip

- struktury półprzewodnikowe z wytworzonymi kontaktami mi

kkimi doł

cza si

kontaktów podło

a wykorzystuj

c proces lutowania, natomiast struktury z twardymi

kontaktami złotymi mo

na ł

czy

z podło

em układu wykorzystuj

c kleje

przewodz

ce lub pasty lutownicze nało

one sitodrukiem na kontakty podło

- w monta

u flip chip uzyskuje si

bardzo du

e g

sto

ci poł

cze

na strukturze

półprzewodnikowej, bowiem kontakty rozło

one s

według szyku siatki,

wykorzystuj

cym cał

powierzchni

struktury półprzewodnikowej (w monta

drutowym kontakty s

rozmieszczone na obwodzie struktury półprzewodnikowej

d ograniczona jest g

sto

ść

poł

cze

na strukturze)

- bardzo du

a niezawodno

ść

poł

cze

dla układów montowanych w technologii flip

chip wynika z du

o wy

szej niezawodno

ci samego zł

cza lutowanego w stosunku

do poł

czenia drutowego oraz redukcji ilo

ci poł

cze

przy stosowaniu technologii

flip chip

10. Monta

i hermetyzacja struktur

Technologia flip chip

- w monta

u flip chip jedn

z podstawowych operacji jest wytworzenie kontaktów

podwy

szonych na strukturze półprzewodnikowej (procesy pró

niowe, sitodruk,

procesy chemiczne i elektrochemiczne, monta

drutowy)

- kontakty mi

kkie wytworzone z lutowia cynowo-ołowiowego wykonuje si

najcz

ęś

ciej poprzez drukowanie pasty lutowniczej przez szablon metalowy (

rednica

od 50 µm do kilkuset mikrometrów)

- kontakty wytworzone z lutowia mi

kkiego, pozwalaj

na wykorzystanie tzw.

zjawiska samocentrowania si

struktur, polegaj

ce na tym,

e siły napi

cia

powierzchniowego stopionego lutowia naprowadzaj

struktur

na wła

ciwe

poło

enie tzn. takie kiedy kontakty struktury znajduj

nad kontaktami podło

- kontakty twarde wytworzone ze złota wykonuje si

najcz

ęś

ciej wykorzystuj

monta

drutowy ultratermokompresyjny, w którym po przył

czeniu złotej kulki do

kontaktu metalicznego struktury, nast

puje zablokowanie drutu i urwanie go tu

przy

powierzchni kulki

10. Monta

i hermetyzacja struktur

Technologia flip chip

- technologia flip chip została z
powodzeniem zastosowana do
monta

u na podło

ach polimerowych,

gdzie nieobudowane układy scalone z
kontaktami podwy

szonymi s

bezpo

rednio doł

czane do płytki

drukowanej (technologia FCOB, Flip
Chip on Board)

- przestrze

pomi

dzy powierzchni

struktury półprzewodnikowej oraz
powierzchni płytki drukowanej
wypełniana jest wypełniaczem o
okre

lonych wła

ciwo

ciach

fizykochemicznych, który pozwala na
zredukowanie napr

ęż

wywołanych

ró

nymi warto

ciami współczynnika

rozszerzalno

ci struktury krzemowej

10. Monta

i hermetyzacja struktur

Technologia TAB

- technologia TAB (Tape Automated Bonding) obejmuje automatyczny monta

wyprowadze

tasiemkowych osadzonych na ta

mie polimerowej

- jej zalet

jest du

a g

sto

ść

poł

cze

, pomimo zastosowanego obwodowego

rozmieszczenia wyprowadze

, bardzo du

y stopie

automatyzacji monta

u, du

niezawodno

ść

poł

cze

oraz bardzo dobre wła

ciwo

ci mikrofalowe poł

cze

- istot

tego procesu jest monta

struktur układów scalonych na ta

mie polimerowej,

na której technik

fotolitograficzn

zostały wytworzane cienkie wyprowadzenia

miedziane

10. Monta

i hermetyzacja struktur

Technologia TAB

-w procesie tym wyst

puje kilka podstawowych operacji technologicznych jak:

wytworzenie ta

my polimerowej, wytworzenie kontaktów podwy

szonych na

strukturze półprzewodnikowej, monta

wyprowadze

tasiemkowych do kontaktów

struktury, hermetyzacja doł

czonej struktury, wyci

cie zmontowanego układu z

my.

- ta

ma polimerowa wykonana jest z poliimidu, charakteryzuj

cego si

żą

odporno

temperaturow

- monta

wyprowadze

tasiemkowych do kontaktów struktury wykonywany jest

narz

dziem o temperaturze 350 ÷ 400ºC, które dociska jednocze

nie wszystkie

doprowadzenia tasiemkowe do podwy

szonych kontaktów struktury

10. Monta

i hermetyzacja struktur

Technologia TAB

- struktura układu scalonego z wyprowadzeniami tasiemkowymi mo

e by

doł

czana do podło

a poprzez doci

cie wyprowadze

tasiemkowych do

kontaktów podło

a gor

cym narz

dziem

10. Monta

i hermetyzacja struktur

Monta

drutowy - podsumowanie

Monta

drutowy - podsumowanie

- najwi

ksz

sto

ść

poł

cze

na strukturze, najwy

niezawodno

ść

oraz

najlepsze warunki przesyłania sygnałów przy bardzo du

ych cz

stotliwo

ciach

zapewnia technologia flip chip.

- natomiast najwi

ksz

zalet

technologii TAB jest bardzo du

a automatyzacja tego

procesu, bardzo du

a wytrzymało

ść

poł

cze

oraz łatwa kontrola układów zarówno

po ich doł

czeniu do ta

my polimerowej jak do modułu wielostrukturowego

- poł

czenia drutowe stosowane s

szczególnie tam, gdzie najistotniejsze s

niskie

koszty procesu ł

czenia

10. Monta

i hermetyzacja struktur

Kleje anizotropowe

- elementy do monta

u powierzchniowego osi

ły praktycznie granic

dla

technologii lutowania, dotycz

odst

pów wyprowadze

dla układów w obudowach

oraz z wyprowadzeniami TAB (300 µm)

- dla pewnych zastosowa

jak np. monta

paneli wy

wietlaczy ciekłokrystalicznych,

czyli modułów LCD, wymagana g

sto

ść

poł

cze

nie pozwala na zastosowanie

dotychczas stosowanych technik monta

u - wymaganiom tym mog

sprosta

tylko

nowe przewodz

ce kleje anizotropowe

- zawarto

ść

fazy konduktywnej w tych klejach jest relatywnie mała i zawiera si

granicach 1÷15%, co zapewnia izolacj

w płaszczy

nie X - Y pomi

dzy cz

stkami

przewodz

cymi rozproszonymi w matrycy polimerowej

10. Monta

i hermetyzacja struktur

Kleje anizotropowe

- jako wypełniacz przewodz

cy w klejach anizotropowych stosowane s

kuleczki

srebrowe o

rednicy kilku mikrometrów, kuleczki z niklu pokryte złotem, kuleczki

lutowia bezołowiowego czy polimerowe cz

steczki pokryte metalizacj

niklu i złota

- aby uzyska

żą

rozdzielczo

ść

wietlacza przy jego małych rozmiarach,

podziałka rozstawienia wyprowadze

musi by

mniejsza od 100

m (takich

wymaga

monta

owych nie mo

e spełni

adna inna technologia monta

u poza

klejami anizotropowymi)

10. Monta

i hermetyzacja struktur

Monta

przestrzenny SIP

Monta

przestrzenny SIP

- obecnie osi

gni

to granic

dotycz

technicznych mo

liwo

ci dalszej

miniaturyzacji w płaszczy

nie X – Y, istniej

dalsze mo

liwo

ci zwi

kszenia stopnia

integracji układu a jednocze

nie i jego funkcjonalno

ci w kierunku osi Z, poprzez

umieszczenie w tej samej obudowie wi

kszej liczby struktur

- koncepcja monta

owa SiP (System In Package, technologia monta

przestrzennego) polega na tym,

e w jednej obudowie mo

na umie

kilka

struktur, zarówno z obwodowo rozmieszczonymi kontaktami do monta

u drutowego

jak równie

i struktur do monta

u flip chip

- zalet

takich konstrukcji monta

owych jest 2–3 krotna redukcja wymaganego

obszaru pod układ oraz redukcja długo

ci poł

cze

w układzie, co poprawia jego

parametry elektryczne

- monta

SIP charakteryzuje si

żą

elastyczno

pozwalaj

c w jednej obudowie

czy

zarówno układy analogowe jak i cyfrowe, ł

czy

układy scalone wykonane w

ró

nych technologiach oraz ł

czy

z sob

ró

ne techniki monta

10. Monta

i hermetyzacja struktur

Monta

przestrzenny SIP

Monta

przestrzenny SIP

Przykład monta

u SIP, gdzie w jednej obudowie umieszczono trzy struktury układów

poł

czone w ten sposób,

e jedna poł

czona jest z podło

em wielowarstwowym z

wykorzystaniem technologii flip chip, za

monta

dwóch pozostałych został

przeprowadzony z wykorzystaniem technologii monta

u drutowego.

Wyszukiwarka

Podobne podstrony:
10 Kontrola w procesie zarzdzania [tryb zgodnoci]
Struktury [tryb zgodności] [ www potrzebujegotowki pl ]
WYKúAD 10 leading for students [tryb zgodnoÂci
11 Struktury mechatroniczne [tryb zgodności]
8a-Czynniki strukturotwrcze i ESO [tryb zgodnoci]
8a Czynniki strukturotwrcze i ESO [tryb zgodnoci]
7 Czynniki strukturotwrcze i ESO [tryb zgodnoci]
10 Konkurencja monopol [tryb zgodno┼Ťci]
Ek w 10, Pomiar dochodu narodowego, 15maj11 [tryb zgodności]
8 Wspczesne tendencje ewolucji struktur organizacyjnych [tryb zgodnoci]
MT st w 10 [tryb zgodności]
11 Struktury mechatroniczne [tryb zgodności]

więcej podobnych podstron