Soudage Flip-Chip Thermosonic

Le soudage flip-chip thermosonique des puces a considérablement progressé au fil des ans. Initialement limitée aux substrats céramiques et aux puces de petite taille et un nombre réduit de bumps, l’assemblage thermosonique est désormais réalisé sur une variété de substrats organiques, et des équipements améliorés permettent de connecter une plus grande puce avec un nombre de bumps plus élevé.

Les avantages du soudage thermosonique décrit ci-dessous et les inconvénients de la soudure sans plomb stimulent la croissance de cette connexion Or-Or à basse température.


Processus de collage

Figure «Stud Bump» avant aplatissement
Le diamètre du fil est de 25μm


Formation des bumps (Bumping)

Le processus d'assemblage thermosonique est semblable à bien des égards à son ancêtre, la soudure fil (Or). Dans la première étape de la liaison de fil-Or, le bonder place une bille d’Or sur un plot de contact. Pour un Bump thermosonique, au lieu d'étendre le fil à un deuxième point de contact, le bonder brise le fil au-dessus de la bille.

Comme le montre la figure, cela laisse généralement une petite queue de fil au-dessus de la bille. Les bumps peuvent être aplaties par compression uniforme ou par cisaillement mécanique pour éliminer la queue du fil, afin de créer une zone de contact plus large et égaliser la hauteur de toutes les bumps sur la puce.

Assemblage

Assemblage Comme pour la soudure fil, un nettoyage au plasma, immédiatement avant l'assemblage, des bumps et des plots de contact du substrat peut améliorer la résistance de liaison et l’écoulement de l’adhésif sous la puce. Après le nettoyage, le substrat est transféré dans une machine de placement.

Les bumps de la puce sont alignées avec les plots du substrat, mis en contact et soudés par l'énergie ultrasonique, la chaleur et la pression. La vidéo de 4 minutes montre le processus de soudage en détail.


Avantages

Température et Pressions pour diverses méthodes d'assemblage Flip Chip

Thermocompression Or/Or (TC Au-Au); Thermocompression Or/Étain (TC AuSn); Soudage par Thermocompression; Soudage par refusion, et thermosonique


Un avantage majeur de la liaison flip-chip thermosonique est la faible température et la faible force requise par rapport à d'autres méthodes d'assemblage flip chip. La figure montre le régime température - pression pour les méthodes de report courantes.

Comme le montre la figure, les températures de soudage thermosoniques sont plus faibles que d'autres méthodes courantes. Le soudage thermosonique est généralement inférieur à 200°C et peut être inférieur à 100°C. Des forces de soudage thermosoniques de 50 à 100 grammes par bump sont également inférieures aux forces de thermocompression.

Le cycle de soudage thermosonique est court, et il existe des bonders automatisés à haut volume capables de souder 3 600 unités par heure. Le cycle plus court et le nombre réduit d'étapes de processus contribuent à un débit élevé et à des coûts réduits.

La connexion Or-Or offre une résistance électrique inférieure (5 milli ohms) et plus stable que les connexions de particules conductrices.

La conformation et la dureté des bumps Or permet d'éliminer le sous-remplissage pour les petits puces. Cela permet le soudage de puce ne tolérant pas l’injection de colle, comme les capteurs de pression MEMS comportant des pièces mécaniques mobiles.

La limitation originale a de petites puces avec peu de bumps du soudage Thermosonic a été repoussée et permet de plus grande puces avec 50 à 100 bumps. L'assemblage de grandes puces requiert une excellente coplanarité et une distribution uniforme de la force de soudage d’équipements d'assemblage améliorés. L’assemblage flip-chip jusqu’à 1000 bumps a été démontré.

Les matériaux des substrats ont été étendus de la céramique aux circuits flexibles et à une variété de substrats organiques rigides. Encore une fois, l'amélioration de l'équipement a été la clé de cette extension. En résumé, les progrès dans les équipements et la technologie ont stimulé la croissance du soudage Thermosonic à basse température dans de nombreuses nouvelles applications.


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