플립 칩 기술
SMT 환경에서 가장 일반적이고 가장 적합한 방법은 용접 크림 플립 칩 조립 공정입니다. 그럼에도 불구하고 제조 가능성, 신뢰성 및 비용 목표 달성을 위해 이 기술의 많은 변화를 고려해야 합니다. 현재 널리 사용되고 있는 플립 방법은 주로 상호 연결 구조에 따라 결정된다. 예를 들어, 유연한 볼록 기술의 구현은 도금 전도성 폴리머 또는 중합체/엘라스토머 볼록점을 사용해야 합니다. 땜납 기둥의 볼록 기술은 용접 볼 결합 (주로 금실) 또는 전기 도금 기술을 사용하여 달성한 다음 전도성 등방성 접착제로 조립해야 합니다. 집적 회로 (1C) 의 접착 점은 이 과정에서 영향을 받지 않습니다. 이 경우 비등방성 전도막을 사용해야 합니다. 주석 연고 볼록점 기술에는 증발, 전기 도금, 무전 해 도금, 템플릿 인쇄, 스프레이 사출 등이 포함됩니다. 따라서 상호 연결의 선택에 따라 필요한 결합 기술이 결정됩니다. 일반적으로 선택 가능한 키 결합 기술로는 주로 환류 결합, 열 초음파 결합, 열압 결합 및 순간 액상 결합이 있습니다.
이러한 기술에는 각각 장단점이 있으며, 일반적으로 애플리케이션에 의해 구동됩니다. 그러나 표준 SMT 프로세스의 경우 용접 크림 플립 칩 조립 공정이 가장 일반적이며 SMT 에 완벽하게 적합한 것으로 입증되었습니다. 기존의 용접 크림 플립 칩 조립 공정에는 플럭스 코팅, 칩 레이아웃, 용접 크림 환류 및 바닥 채우기가 포함됩니다. 그러나 성공적이고 신뢰할 수 있는 플립 칩 조립을 보장하기 위해서는 다른 사항에 주의해야 한다. 일반적으로 성공은 설계에서 시작됩니다.
주요 설계 고려 사항에는 상호 연결 및 IC 용접 점에서의 응력을 최소화하기 위한 땜납 볼록 및 볼록 구조가 포함됩니다. 상호 연결 설계가 적절한 경우 알려진 안정성 모델은 용접 크림에서 발생할 문제를 예측할 수 있습니다. 이는 IC 본딩 포인트 구조, 패시베이션, 폴리이 미드 개구부 및 UBM 구조를 합리적으로 설계하여 수행할 수 있습니다. 패시베이션 개구부의 설계는 다음과 같은 목적을 달성해야 합니다. 전류 밀도를 낮춥니다. 응력 집중의 영역을 줄입니다. 전기 이동의 수명을 향상시킵니다. UBM 및 땜납 볼록 점의 횡단면 곱을 최대화합니다.
볼록 위치의 레이아웃은 또 다른 설계 고려 사항입니다. 방향 피쳐 인식 (코너 볼록 제거) 을 제외하고 땜납 볼록 위치는 가능한 대칭입니다. 레이아웃 설계에서는 다운스트림 슬라이스 작업도 간섭 없이 고려해야 합니다. IC 활성 영역에서 땜납 볼록점의 배열은 IC 회로의 전기적 성능과 감도에도 따라 달라집니다. 또 다른 IC 설계 고려 사항도 있지만, 결정원 볼록 제조 회사는 상호 연결의 신뢰성을 보장하기 위해 특수 IC 땜납 접합 및 레이아웃 설계 지침을 보유하고 있습니다.
마더보드 설계 고려 사항에는 금속 용접 점의 크기와 관련 솔더 마스크 개구부가 포함됩니다. 먼저 판의 솔더 조인트 위치의 습윤 영역을 최대화하여 견고한 조인트를 형성해야 합니다. 그러나 보드의 습윤 영역은 UBM 의 지름과 일치해야 합니다. 이렇게 하면 대칭 상호 연결을 형성하여 상호 연결의 한쪽 끝이 다른 쪽 끝보다 높은 응력 불균형 문제를 방지할 수 있습니다. 실제로 설계 시 보드의 땜납 접합 지름이 UBM 지름보다 약간 큰 방법을 사용하여 결합 응력을 약한 IC 가 아닌 보드의 한쪽 끝에 집중시킵니다. 땜납 마스크 개구부의 적절한 설계는 땜납 접합 위치의 습윤 영역을 제어합니다.
석고막 디자인과 무석고 마스크 디자인 모두 가능하지만 이 두 가지 방법을 결합한 디자인이 가장 믿을 수 있는 디자인 수단이다. (데이비드 아셀, Northern Exposure (미국 TV 드라마), 예술명언) 관련 보드 그래픽의 직사각형 개구부를 사용하고 솔더 페이스트 마스크의 투명도를 고려하여 적절한 솔더 조인트 위치를 설계할 수 있습니다. 설계가 합리적이지 않으면 조립 환경이 변경되거나 기계적 요소가 변경되면 집적 회로에 납고의 피로 파열이 발생할 수 있습니다. 하단 채우기 방법을 사용하면 플립 칩 컴포넌트 상호 연결의 안정성이 크게 향상되지만 설계 지침을 엄격하게 따르지 않으면 동일한 실패 메커니즘이 불가피합니다. 땜납 볼록점은 IC 와 회로 기판 간에 기계적 상호 연결, 전기 상호 연결 및 때로는 열 상호 연결 역할을 합니다. 일반적인 플립 칩 장치에서 상호 연결은 UBM 과 땜납 볼록 점 자체로 구성됩니다. UBM 은 칩의 패시베이션 레이어 위에 겹쳐서 외부 환경으로부터 회로를 보호합니다. 사실, UBM 은 울퉁불퉁한 기지 역할을 한다. 웨이퍼 금속 및 패시베이션 소재와 뛰어난 접착성을 가지고 있으며, 납고와 IC 본딩 금속 사이에서 납고 확산층 역할을 하며, 납고에 산화 차단 습윤 표면을 제공합니다. UBM 스택은 집적 회로 땜납 접합 응력을 줄이는 데 매우 중요한 역할을 합니다.
위에서 설명한 바와 같이 여러 가지 땜납 볼록 제조 기술이 있습니다. 증발법은 결정질 표면에 차단 금속 (마스크나 리소그래피를 보조수단으로 사용) 을 튀겨 UMB 를 형성한 다음 Sn 과 Pb 를 증발시켜 땜납을 형성해야 합니다. 후속 공정에서 주석과 납 땜납이 역류하여 구형 볼록을 형성합니다. 이 기술은 고온 세라믹 베이스보드가 있는 납이 많은 볼록점 (용융 땜납 볼록점과 비교) 에 적합합니다. 그러나 유기 회로 기판의 SMT 응용 프로그램의 경우 IC 의 높은 납 땜납 볼록점도 상호 연결을 형성하기 위해 용융 땜납이 필요합니다.
현재는 전기 도금 또는 템플릿 인쇄 (스퍼터링 또는 비도금 UBM 결합) 와 같은 저렴한 볼록 제조 기술을 사용합니다. 이러한 프로세스의 볼록 제조 비용은 증발보다 낮으며, 회로에 용융 땜납을 사용하면 프로세스 및 회로 보드에 배치하는 비용도 절약할 수 있습니다. 현재 생산되는 기타 땜납 합금에는 무연 땜납, 높은 납 땜납 및 낮은 플루토늄 땜납이 포함됩니다.
볼록 도금 공정의 경우 전체 웨이퍼 표면에 UBM 재질을 튀기고 포토 리소그래피를 통해 IC 본딩 점에 구멍을 형성해야 합니다. 그런 다음 땜납을 웨이퍼에 도금하여 빛의 내식제의 개구부에 포함시킨다. 그런 다음 포토 레지스트를 벗겨 노출 된 UBM 재료를 에칭 한 다음 칩을 역류하여 최종 볼록을 형성합니다. 또 다른 일반적인 방법은 패턴이 있는 UBM 에 땜납 템플릿 (스퍼터링 또는 전기 도금) 을 인쇄한 다음 역류하는 것입니다.
보스의 최종 높이를 제어하는 것이 중요합니다. 높은 조립 수율을 보장합니다. 볼록 제조 프로세스를 모니터링하는 파괴적인 범프 절단 테스트 방법은 일반적으로 주석 크림의 실패 모드를 유발하지만 아래의 UBM 또는 IC 솔더 조인트에 대해서는 이러한 결과를 초래하지 않습니다.
웨이퍼 절단은 일반적으로 백 엔드 어셈블리의 첫 번째 단계로 간주됩니다. 다이아몬드 블레이드를 연마하여 60,000 회전/분 속도로 슬라이스하다. 절단 품질을 향상시키고 블레이드 수명을 연장하려면 탈 이온수를 사용해야 합니다. 현재, 단일 집적 회로의 칩 결함을 줄이는 것은 매우 시급한 과제이다. 위의 칩은 칩의 유원지에 가까울 수 있기 때문에 뒷면의 칩은 플립 칩의 신뢰성에 매우 불리하다. 가장자리가 부러지고 칩 영역의 뒷면 칩도 열 응력과 기계적 응력의 작용으로 자주 팽창하여 조기 고장을 일으킵니다. 칩이 절단된 후 절단된 단일 칩은 칩에 남아 있거나 와플 포장 용기, 젤 용기, Surftape 또는 벨트 및 샤프트 포장에 넣을 수 있습니다. 플립 칩 레이아웃 장치는 볼록점이 있는 칩을 처리할 수 있어야 합니다. 와플 용기는 소량 배치 수요 또는 칩 테스트 면제에 적합합니다. 벨트 및 샤프트는 SMT 장착 장비에 적합합니다. 설치 장치로 보내는 칩은 흔히 볼 수 있으며 대규모 제조 어플리케이션에 가장 적합합니다.
실제 플립 칩 조립 과정은 용접제의 분포부터 시작한다. 함침, 압착 분배, 템플릿 인쇄 또는 스프레이 등 여러 가지 방법으로 용접제를 분배할 수 있습니다. 각 방법에는 장점과 적용 범위가 있습니다. 땜납 또는 접착제 습윤 구성요소는 일반적으로 설치 장비에 설치됩니다. 이 방법의 장점은 플럭스를 칩의 볼록한 부분에 고정한다는 것이다.
대량 생산의 반복성을 위해 용제막의 높이와 판의 회전 속도를 조절해야 한다. 플럭스 분포 프로세스는 플럭스 분포와 반복성을 정확하게 제어해야 합니다. 템플릿 인쇄 용접제는 대량 생산에 적합하지만 역류 장비에 대한 요구가 높다. 어떤 방법을 사용하든 플립 칩 부품을 붙일 때는 재료의 특성과 사용된 플럭스의 호환성을 고려해야 합니다.
플럭스 분배 프로세스가 완료되면 다중 헤드 고속 컴포넌트 선택 시스템이나 초고밀도 선택 시스템에서 칩을 선택할 수 있습니다. 반도체 백엔드 제조와 EMS 조립 시장의 결합을 촉진합니다.