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Flip-Chip
Flip-Chips
Um eine zuverläßige Verbindung zwischen Trägermaterial und Chip zu erreichen wurde ein Bumpingprozess entwickelt, der es ermöglicht mit Flip-Chips die SMD-Montagetechnik zu erweitern. Eine wesentliche Voraussetzung für den Bumpingprozess mit all seinen Anforderungen für die spätere Montage, Zinnbumps auf die Pads zu bekommen, die eine optimale Haftkraft und Lötbarkeit haben, mußte gefunden werden. Es wurden Lösungen erarbeitet, die das Bumping auf dem Chip und eine Montage des Chips auf dem Träger nach heutigen Qualitätsansprüchen möglich machten. Dazu gehören das Aufbringen der Ni und Au Schicht auf dem Pad für den eigentlichen Bumping-Prozess, das Reinigen der Wafer nach der Reflowlötung und die Vorbereitung für die spätere Montage. Chip ist nicht gleich Chip, und deshalb mußten Vorschriften und Spezifikationen erarbeitet werden, mit denen es gelungen ist, diesen Ni/Au Bumping-Prozess auf einer Vielzahl von Wafertypen zu erzeugen. Wir sprechen von "UBMs" ( under bump metallization ).
Flip-Chip Pitchabstand und Bumpinghöhe
Chips mit geringer Fläche und entsprechend wenigen Pads können unter den genannten Voraussetzungen in Flip Chips umgewandelt werden. Bei größeren Chips mit unter Umständenmehreren hundert Pads ist das so ohne weiteres nicht möglich. Der geringste Padsabstand für das Bumping liegt zur Zeit bei 200µm, wird dieser Abstand unterschritten ist es möglich eine "Umverdrahtung" des Chips vorzunehmen und daraus ein Mikro-BGA zu machen. Bei diesen großflächigen Chips spielt auch die Bumphöhe eine wesentliche Rolle. Je größer die Chipfläche ist, um so wichtiger wird das Verhältnis von Bumpanzahl/Bumphöhe zu Padanzahl, um bei der Montage qualitativ einwandfreie Ergebnisse zu erzielen.
Flip-ChipLangzeitstabilität
Flip-Chips können auf verschiedenen Trägern montiert werden. Bei der Wahl des Trägers ist besonders darauf zu achten, wie er sich im Vergleich zum Chip bei Temperaturänderung verhält. Geht man von folgender Überlegung aus und nimmt bei Silizium eine Tk 1 an, dann ist Al O2- Keramik mit Tk 3, glasfaserverstärktes Epoxydharz ( LP ) mit Tk 10 - 13 und Kaptonfolie ( flexible Leiterkarte ) mit Tk 18- 23 zu bewerten. Hier wird deutlich, daß die Wahl des Trägers im Hinblick auf den Einsatzzweck von großer Bedeutung ist. Stabile Verhältnisse für die Dauer sind deshalb in erster Linie nur mit dem zusätzlichen Einbetten des Chips : durch Underfiller, Verteilung der Bumps, Größe der Pads und deren Abstand und damit entsprechende Ni/ Au Beschichtung, die richtige Bumphöhe im Verhältnis zur Chipgröße optimales Layout auf dem Träger zu erreichen.
Was kann man heute mit Flip-Chips erreichen
Da die Montagefläche eines Flip-Chips nur unwesentlich mehr Platzbedarf als die eigentliche Chipgröße einnimmt, kann die Packungsdichte im Vergleich zur Bondtechnik bis zu 30%, in günstigen Fällen sogar mehr, erhöht werden. Begrenzt wird dieser Vorteil nur noch durch physikalische Einflüsse wie z. B. Übersprechen und Verlustleistung. Muß eine hohe Anzahl von Leiterbahnen zu einem Chip geführt werden, ist es im Bereich der ASIC-Anwendung sinnvoller, mehrere kleine Chips einzusetzen als einen Großen. Man spart nicht nur Platz für die weniger nötigen Leiterbahnen von Chip zu Chip, die Stabilität bei kleinen Chips ist montagetechnisch wesentlich höher. Wir wissen heute, wie das Bumping technisch ausgereift durchgeführt werden kann. Wir wissen auch, daß der Einsatz von Flip-Chips der Anfang einer neuen Technologie ist, die sich der Mikroelektronik aufgedrängt hat. Deshalb setzen wir diese Chips bereits erfolgreich in der Mess- und Regeltechnik, in Sensor-Modulen und vielem mehr für Umgebungstemperaturen von - 20°C bis 85°C ein. Einer unserer nächsten Schritte wird eine Anwendung mit weit höheren Umgebungstemperaturen sein.
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