stringtranslate.com

Перевернутый чип

Intel Mobile Celeron в корпусе BGA с откидным кристаллом (FCBGA-479); кремниевый кристалл выглядит темно-синим
Видны нижняя сторона кристалла из корпуса флип-чипа, верхний металлический слой на кристалле ИС или верхний слой металлизации, а также металлизированные площадки для установки флип-чипа.

Перевернутый чип , также известный как соединение чипа с управляемым сжатием или его аббревиатура C4 , [1] представляет собой метод соединения кристаллов , таких как полупроводниковые устройства , микросхемы , интегрированные пассивные устройства и микроэлектромеханические системы (MEMS), с внешними схемами с помощью припоя , которые были нанесены на контактные площадки чипа. Этот метод был разработан отделом легкой военной электроники компании General Electric , Ютика, Нью-Йорк . [2] Выступы припоя наносятся на контактные площадки на верхней стороне пластины во время заключительного этапа обработки пластины . Чтобы прикрепить микросхему к внешней схеме (например, печатной плате или другой микросхеме или пластине), ее переворачивают так, чтобы ее верхняя сторона была обращена вниз, и выравнивали так, чтобы ее контактные площадки совпадали с соответствующими контактными площадками на внешней схеме, и затем припой оплавляется для завершения межсоединения. В этом отличие от проволочного соединения , при котором чип устанавливается вертикально, а к площадкам чипа и контактам выводной рамки привариваются тонкие проволоки для соединения площадок чипа с внешней схемой. [3]

Этапы процесса

  1. На пластине создаются интегральные схемы .
  2. Контактные площадки металлизированы на поверхности чипов.
  3. Шарик припоя наносится на каждую контактную площадку в ходе процесса, называемого ударом пластины.
  4. Чипсы вырезаны.
  5. Чипы перевернуты и расположены так, чтобы шарики припоя были обращены к разъемам внешней схемы.
  6. Затем шарики припоя переплавляют (обычно с использованием оплавления горячим воздухом ).
  7. Установленный чип «недозаливается» с помощью электроизоляционного клея (капиллярный, показан здесь) . [4] [5] [6] [7]

Сравнение технологий монтажа

Проволочное соединение/термозвуковое соединение

Межсоединения в силовом агрегате выполняются с использованием толстых алюминиевых проводов (от 250 до 400 мкм), скрепленных клином.

В типичных системах производства полупроводников чипы в большом количестве собираются на одной большой пластине полупроводникового материала, обычно кремния. Отдельные чипы снабжены небольшими металлическими подушечками по краям, которые служат соединениями с возможным механическим носителем. Затем чипы вырезаются из пластины и прикрепляются к их носителям, обычно посредством проволочного соединения, например, термозвуковой сварки . Эти провода в конечном итоге ведут к контактам на внешней стороне держателей, которые присоединяются к остальной части схемы, составляющей электронную систему.

Перевернутый чип

Схема типичного монтажа флип-чипа, вид сбоку

Обработка флип-чипа аналогична изготовлению обычных микросхем, но с несколькими дополнительными этапами. [8] Ближе к концу производственного процесса контактные площадки металлизируются, чтобы сделать их более восприимчивыми к пайке. Обычно это состоит из нескольких процедур. Затем на каждую металлизированную площадку наносится небольшая точка припоя. Затем чипы вырезаются из пластины обычным способом.

Чтобы прикрепить перевернутый чип к схеме, его переворачивают, чтобы точки припоя оказались на разъемах базовой электроники или печатной платы . Затем припой повторно плавится для создания электрического соединения, обычно с использованием термозвуковой сварки или, альтернативно, процесса пайки оплавлением . [9]

Это также оставляет небольшое пространство между схемой чипа и основным монтажом. Во многих случаях электроизоляционный клей затем «недостаточно заполнен», чтобы обеспечить более прочное механическое соединение, создать тепловой мост и гарантировать, что паяные соединения не подвергаются нагрузке из-за дифференциального нагрева чипа и остальной части системы. Недостаточное заполнение распределяет несоответствие теплового расширения между чипом и платой, предотвращая концентрацию напряжений в паяных соединениях, которая может привести к преждевременному выходу из строя. [10]

Шарики припоя можно установить на чипы, изготовив шарики отдельно, а затем прикрепив их к чипам, используя вакуумное захватывающее устройство для захвата шариков, а затем поместив их в чип с нанесением флюса на контактные площадки шариков, или гальванопокрытием, при котором затравочные металлы сначала наносятся на пластину, а стружка подвергается ударам. Это позволяет припою прилипать к контактным площадкам чипов во время процесса гальваники. Затравочные металлы представляют собой сплавы и наносятся путем напыления на пластину со стружкой, которую нужно ударить. Маска из фоторезиста используется только для нанесения затравочного металла поверх контактных площадок чипов. Затем пластина подвергается гальваническому покрытию, и слой фоторезиста удаляется или зачищается. Затем припой на чипах подвергается оплавлению, чтобы придать выступам окончательную форму. Весь этот процесс известен как удар пластины. Шарики припоя часто имеют диаметр от 75 до 500 микрон. [11] [12]

В 2008 году методы высокоскоростного монтажа получили развитие благодаря сотрудничеству компаний Reel Service Ltd. и Siemens AG в разработке высокоскоростной монтажной ленты, известной как MicroTape[1]. Благодаря добавлению процесса сборки с использованием ленты и катушки в методологию сборки становится возможным размещение на высокой скорости, достигая скорости подбора 99,90% и скорости размещения 21 000 комплектующих в час (компонентов в час) с использованием стандартного оборудования для сборки печатных плат.

Автоматическое склеивание ленты

Ленточно-автоматическое соединение (ТАБ) разработано для соединения матриц термокомпрессионным или термозвуковым соединением с гибкой подложкой, включающей от одного до трех проводящих слоев. Кроме того, с помощью TAB можно соединить все выводы кристалла одновременно, как и при монтаже перевернутой микросхемы с помощью пайки. Первоначально TAB мог создавать межсоединения с более мелким шагом по сравнению с флип-чипом, но с развитием флип-чипа это преимущество уменьшилось, и TAB остался специализированным методом соединения драйверов дисплея или аналогичных устройств, требующих специального TAB-совместимого рулона (R2R) , катушка к катушке) как система сборки.

Преимущества

Полученная в результате сборка с перевернутой микросхемой намного меньше, чем традиционная система на базе несущей; Чип расположен непосредственно на плате и намного меньше носителя как по площади, так и по высоте. Короткие провода значительно уменьшают индуктивность , обеспечивая передачу сигналов с более высокой скоростью, а также лучше проводят тепло.

Недостатки

Флип-чипы имеют ряд недостатков.

Отсутствие держателя означает, что они не подходят для простой замены или ручной установки без посторонней помощи. Для них также требуются очень плоские монтажные поверхности, которые не всегда легко организовать, а иногда и сложно обслуживать, поскольку платы нагреваются и охлаждаются. Это ограничивает максимальный размер устройства.

Кроме того, короткие соединения очень жесткие, поэтому тепловое расширение чипа должно соответствовать опорной плате, иначе соединения могут треснуть. [13] Материал подкладочного материала выступает в качестве промежуточного звена между разницей в КТР чипа и платы.

История

Первоначально этот процесс был коммерчески представлен компанией IBM в 1960-х годах для отдельных транзисторов и диодов, упакованных для использования в их мэйнфреймах . [14]

Альтернативы

С момента появления флип-чипа был представлен ряд альтернатив выступам припоя, в том числе золотые шарики или литые шпильки, электропроводящий полимер и процесс «выступа с покрытием», при котором изолирующее покрытие удаляется химическими средствами. Флип-чипы в последнее время завоевали популярность среди производителей сотовых телефонов и другой мелкой электроники, где важна экономия на размерах. [ нужна цитата ]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Э. Дж. Рымашевски, Дж. Л. Уолш и Г. В. Лихан, «Технология полупроводниковой логики в IBM», IBM Journal of Research and Development , 25, вып. 5 (сентябрь 1981 г.): 605.
  2. ^ Центр фильтров, Aviation Week & Space Technology , 23 сентября 1963 г., т. 79, вып. 13, с. 96.
  3. ^ Питер Элениус и Ли Левин, Обзор шкалы чипов. «Сравнение технологий соединения Flip-Chip и Wire-Bond». Июль/август 2000 г. Проверено 30 июля 2015 г.
  4. ^ «Недополнение BGA для повышения прочности COTS» . НАСА. 2019.
  5. ^ «Возвращение к недостаточному заполнению: как многолетняя технология позволяет изготавливать печатные платы меньшего размера и более долговечные» . 2011.
  6. ^ «Недополнение».
  7. ^ «Приложения, материалы и методы недостаточного заполнения» . 2019.
  8. ^ Джордж Райли, Flipchips.com. «Перевернутый чип с припоем». Ноябрь 2000 г. Проверено 30 июля 2015 г.
  9. ^ https://www.analog.com/media/en/technical-documentation/application-notes/AN-617.pdf [ пустой URL-адрес PDF ]
  10. ^ Венкат Нандивада. «Улучшите характеристики электроники с помощью эпоксидных компаундов». Мир дизайна. 2013.
  11. ^ https://sst.semiconductor-digest.com/2001/07/the-back-end-process-step-7-solder-bumping-step-by-step/
  12. ^ «Перевернутый чип — процессы столкновения». Корпус интегральной схемы, сборка и соединения . 2007. стр. 143–167. дои : 10.1007/0-387-33913-2_10. ISBN 978-0-387-28153-7.
  13. ↑ Демерджян, Чарли (17 декабря 2008 г.), Чипы Nvidia показывают проблемы с недостаточным заполнением, The Inquirer, заархивировано из оригинала 21 июля 2009 г. , получено 30 января 2009 г.{{citation}}: CS1 maint: неподходящий URL ( ссылка )
  14. ^ Джордж Райли, Введение в Flip Chip: Что, Почему, Как, Flipchips.com, октябрь 2000 г.

Внешние ссылки