Assemblage Flip Chip en Optoélectronique

La demande croissante d'inclure des dispositifs optiques tels que des lasers et des LED à haute luminosité dans les assemblages microélectroniques pose de nouveaux défis aux fabricants. Finetech répond à ces défis avec des systèmes qui, combinés avec le contrôle des paramètres de soudage (température, pression et temps), alignent et placent les composants optiques avec la plus grande précision.

Maintenir la position et l'alignement des composants optiques par rapport aux autres éléments de circuit pendant la durée de vie de l'assemblage peut être crucial pour des performances maximales et une fiabilité élevée. La mise en place et le soudage précis des éléments sensibles dépendent de l'équipement, tandis que le maintien de la précision dépend des matériaux d'assemblage.

L'assemblage par soudage des composants reste la méthode d'assemblage la plus populaire, avec la technologie flip-chip dans les assemblages haute densité. Les préformes de soudure en Or-Étain (AuSn) ont longtemps été utilisées pour le scellement hermétique sans flux du capot, des puces, et du dissipateur de chaleur.

Désormais, la soudure AuSn est devenue le matériau de choix pour le soudage flip-chip précis des puces optiques. L'Or-Étain-présente de nombreux avantages pour cette application:


Avantages de la soudure Or-Étain

Sans Flux

Contrairement aux matériaux de soudure les plus courants, l’alliage Or-Étain ne nécessite pas de flux chimique pour éliminer les oxydes et préparer la surface. L'élimination du flux et du nettoyage consécutif raccourcit le processus d'assemblage tout en évitant la contamination des surfaces optiques par des résidus de flux.

Dureté

La soudure AuSn forme un joint très dur, sans fluage, relaxation ou déformation dans le joint, de sorte que l'alignement reste inchangé dans le temps.

Bon mouillage

La soudure AuSn permet un bon mouillage des plots de contact pour former un joint solide, uniforme et exempt de bulles; une carence présente avec quelques-uns des nouveaux substituts sans plomb.

Résistant à la corrosion

Les joints de soudure AuSn sont très résistants à la corrosion, sans la protection supplémentaire requise par certains produits de remplacement.

Excellentes propriétés thermiques

La conductivité thermique élevée de l'Or-Étain transfert rapidement la chaleur sans créer de contraintes excessives, une préoccupation majeure dans les emballages de haute densité.

Conductivité électrique élevée

La haute conductivité électrique de l'or fournit des connexions à faible résistance, importantes pour les dispositifs de haute puissance.

Stabilité à long terme

Les taux de croissance intermétallique sont faibles lorsque l’alliage est déposé sur du nickel, du palladium ou du platine.

Sans plomb éprouvé

L’assemblage de dispositif avec l’AuSn a été utilisé pendant des décennies, bien avant que la réglementation sur la soudure sans plomb soit adoptée générant une abondance de nouveaux matériaux de soudure sans plomb moins connus.


Les compromis de l’alliage Or-Étain

Atmosphère active nécessaire

L'élimination du flux supprime également le nettoyage subséquent. L'assemblage AuSn évite l'oxydation en procédant dans une atmosphère contrôlée et active.

Fenêtre étroite de processus

Comme on le verra ci-dessous, l'obtention des caractéristiques souhaitées de l’alliage AuSn nécessite un contrôle soigné du processus de réalisation des bumps et d'assemblage.


Microbilles Or-Étain

Figure Diagramme de phase Or-Etain


Figure: Un diagramme de phase AuSn simplifié, montre un point d’eutectique à 278 ° C, avec une composition de 80% en poids d'or et 20% en poids d'étain. La figure 1 montre également que la température de fusion augmente rapidement avec le pourcentage d'or au-delà de ce ratio eutectique.

Par exemple, une augmentation de 1% de l'or augmente la température de fusion de 30 ° C. Le contrôle précis de la composition est l'essence de la fabrication des bumps Au80-Sn20.

Une méthode éprouvée de formation de bumps consiste à électro-déposer une épaisse couche d'or coiffée d'une mince couche d'étain dans la proportion correcte. Le bump est alors refondu pour obtenir la composition eutectique.

D'autres procédés de réalisation des bumps comprennent l'évaporation séquentielle de couches d'or et d'étain en alternance dans le rapport correct, le placement et la refusion de sphères de soudure préformées de la composition appropriée, la sérigraphie, le jet de pâte de brasage AuSn, ou l’électrodéposition de l'alliage avec une composition contrôlée.


Processus d'assemblage optoélectronique

L'assemblage optoélectronique AuSn nécessite un alignement et une mise en place très précis des composants, ainsi qu'un contrôle précis de la température, de la pression et du temps. Une machine d'assemblage unique et programmable est la meilleure façon d'automatiser le processus tout en maintenant le contrôle.

La vidéo ci-dessous illustre l'assemblage de haute précision de barres laser dans un sous ensemble microélectronique, avec une machine unique.


Démonstration d'assemblage

Collage de barres laser à l'aide de processus Or/Etain


Cette vidéo démontre l'alignement, le placement et le brasage de Barres Laser, avec une précision de placement inférieure à 1μm.


Conclusion

La soudure eutectique Or-Étain a de nombreux avantages établis par rapport aux autres soudures pour le montage précis et stable de dispositifs optoélectroniques, mais le processus nécessite un contrôle étroit. Une machine automatisée peut placer et souder ces dispositifs avec une précision supérieure à 1 micron.


Systèmes de Placement FINEPLACER®

Grâce à une conception modulaire, les systèmes de placement FINEPLACER® peuvent être configurés pour pratiquement n'importe quelle application.

Les principales caractéristiques distinctives entre les machines sont

  • degré d'automatisation
  • résolution optique et
  • précision de placement

Parcourez notre gamme de produits ou entrez en contact avec votre contact de vente pour trouver la meilleure solution d'équipement pour vos besoins d'application spécifiques.