Leiterplattentechnisch - Die Rolle der Chipmontage auf der Leiterplatte

Kleinere Leiterplatten, einschließlich Starrflex-Schaltungen, eine von drei Methoden zur Chipplatzierung erfordern, je nach Anwendung. Technologie, die seit vielen Jahren das einzige Feld der Halbleiterfertigung ist, ist mittlerweile auf die heutige Leiterplatte (PCB) Herstellungsverfahren und -verfahren.

Das sind nicht die alten, traditionelle Leiterplatten, mit denen wir aufgewachsen sind; im Gegenteil, sie sind eine neue Art von Leiterplatten, hauptsächlich kleine starre Schaltkreise und flexibel Schaltungen, oder eine Kombination der beiden, sogenannte starr-flexible Kombinationen. Immer mehr kleine elektronische Produkte, wie tragbare Geräte, tragbare Geräte und Geräte des Internets der Dinge, basieren auf diesen aktualisierten Mikro- Leiterplatten.

Im 2019 und in Zukunft, da die modernen elektronischen Produkte von heute den Leiterplattenraum schrumpfen, wird Mikroelektronik eine wichtige Rolle spielen. Ein Grund für die schrumpfende Leiterplattengröße ist, dass Komponenten ebenfalls schrumpfen und immer raffinierter werden und es immer schwieriger wird, Produkte zusammenzubauen, zu prüfen und zu testen.

Zum Beispiel, Viele dieser kleineren Leiterplatten können nicht durch traditionelle Leiterplattenmontage und Fertigungslinien. Immer mehr solche Leiterplatten muss eine spezielle mikroelektronische Verpackung durchlaufen, einschließlich Drahtbonding und Chipanschluss.

Chipanschluss ist ein relativ neuer Bereich der kleinen Leiterplattenherstellung. Kurz gesagt, es ist der Prozess, einen Chip oder eine Matrize mit seinem Gehäuse, Substrat oder starren, flexiblen oder starren Flex-Schaltkreis zu verbinden. Tatsächlich kann es sogar bedeuten, einen Chip mit einem underen zu verbinden.

Die zu verwendende Chipmontagemethode hängt von der Wärmeleitfähigkeit und Wärmeableitung ab. Daher muss jeder Chip vor dem Chipverbindungsprozess einer sorgfältigen Wärmeleitfähigkeitsprüfung und -analyse unterzogen werden, um die Menge an Wärme zu bestimmen, die er abgibt.

Chips werden normalerweise auf Klebeband, in Waffeln oder in Waffelleisten gefunden. Die Waffelleiste oder der Chipsatz hat viele Chips in Scheiben (Abbildung 1).

Abbildung 1: Waffelpaket mit Chip (Quelle: NexLogic Technologies)

Wenn der Zielchip von einem kleinen Vakuumsaugwerkzeug aus der Waffelleiste oder Waffelpackung aufgenommen wird, beginnt der Chipanschluss (Abbildung 2).

Abbildung 2: Vakuumsaugwerkzeug zur Aufnahme von Spänen (Quelle: NexLogic Technologies)

Nachdem die Matrize durch das Vakuum freigegeben wird, wird sie präzise auf das Substrat oder die Leiterplatte ausgerichtet und dann mit einer von drei Methoden dauerhaft verbunden. Das für den Patch verwendete Epoxid und Lot können nicht leitfähig oder leitfähig sein. Während der Chipmontage sollte es perfekten Kontakt zwischen dem Chip/Chip und dem Substrat/PCB geben; Außerdem sollte es keine Lücken geben.

Darüber hinaus muss der Klebstoff, der den Chip mit dem Substrat verbindet, sehr präzise sein. Dieser Prozess ist sehr sensibel. Neben der Aufnahme des Chips muss er auch ohne Beschädigung oder Zerstörung auf das Substrat gelegt werden. Die erzeugte Matrizenbindung sollte in der Lage sein, extrem hohen Temperaturbereichen ohne Produktivitätseinbußen, Leistungseinbußen und signifikante Verschlechterungen standzuhalten.

Typische Chip-Verbindungsmethoden sind Epoxid-Bonding, eutektische und Lötverbindung. Der Epoxidklebeprozess kann Silber-Epoxidglas oder Polyimid-basierte Materialien umfassen. Dieses Epoxid wird mit einem sehr feinen Dispenser dosiert, der die Menge sehr genau mit Toleranzen in Mikrometern dosiert. In diesem Fall muss das Substrat je nach Art des verwendeten Epoxids auf eine Temperatur von Raumtemperatur auf 200°C erhitzt werden. Diese Temperatur ermöglicht es dem Epoxidharz, richtig auszuhärten, so dass es am Substrat haftet und dadurch eine Verbindung zwischen Substrat und Chip genau bildet.

Bei der Abgabe von Epoxid deckt es den Bereich ab, in dem die Spanverbindung hergestellt werden muss und erzeugt eine abgerundete Ecke am Rand der Bindung. Wenn zu viel Epoxid ausgegeben wird, verursacht es Kontamination und Versenkung. Koplanarität wird ebenfalls zum Problem werden, in diesem Fall wird der Chip nicht richtig funktionieren. Wenn Sie dagegen nicht genug Epoxid dosieren, führt dies zu Rissen, Hohlräumen und nachfolgenden Fugen werden suboptimal sein.

Wie in Abbildung 3 gezeigt, sind die äußerst präzisen Allokationsanforderungen zu erfüllen. Darüber hinaus werden hochentwickelte Prüfwerkzeuge benötigt, um eine perfekte Spanplatzierung zu erreichen. Die verwendeten Klebstoffe sind in der Regel keine Leiter – sie sind elektrische Isolatoren und haben keine gute Wärmeleitfähigkeit. Um sie wärmeleitender zu machen, werden Silber- oder Goldmaterialien verwendet, um den Wärmewiderstand auf einen niedrigeren Wert zu reduzieren.

Die Zugabe von Gold, Silber, Siliziumkarbid, Berylliumoxid oder Verbindungen verschiedener Elemente hilft, diese Klebstoffe bei niedrigeren Temperaturen auszuhärten. Epoxidkleben kann auch verwendet werden, um mehrere Chipgrößen verschiedener Materialien zu verbinden.

Diese Technologie verwendet eine eutektische Legierung, um den Chip mit dem Hohlraum oder dem Substrat zu verbinden. Das Substrat in dieser Anwendung kann Keramik oder Metall wie Aluminium oder Kupfer sein, die üblicherweise in Hochleistungsanwendungen wie Mikrowelle und Hochfrequenzkomponenten verwendet werden. Der Grund für die Verwendung des eutektischen Spanverfahrens (im Gegensatz zum Klebespanverfahren) ist, dass das eutektische Verfahren Temperaturbereiche von 300°C oder höher handhaben kann. Höhere Temperaturen sind erforderlich, da Substrate wie Keramik und Metalle höhere Schmelzpunkte aufweisen.

Eutektische Chipverbindung – die auch als "flüssigkeitsfreier Lötverbindungsprozess" bezeichnet werden kann – eine dünne Metallschicht, die als Preform bezeichnet wird (Abbildung 4). Diese Preform ist eine Legierung (Mischung) aus zwei oder mehr verschiedenen Elementen (Gold-Silber oder Gold-Zinn o.ä.), die verwendet werden kann, um Verbindungen in einer inerten Atmosphäre herzustellen. Da sie erlaubt sind, schmelzen diese Preforms bei geringerer Temperatur als das Substrat.

Abbildung 4: Auch als "fluxfreies Löten" bekannt, verwenden eutektische Chipverbindungen dünne Metallschichten, sogenannte Preforms. (Quelle: NexLogic Technologies)

Zum Beispiel ist die Schmelztemperatur von reinem Gold sehr hoch und übersteigt 1.000°C, während die Schmelztemperatur von Silizium 1.400°C überschreitet. Auf der anderen Seite ermöglichen Preforms aus Zinn und Silber das Schmelzen bei 231º°C, Gold-Zinn bei 295°C, Gold-Germanium bei 350°C und Gold-Silizium bei 400°C, was das Schmelzen erleichtert.

Der andere Grund für die Verwendung von Gold-basierten Preforms ist, dass das Element eine hohe elektrische Leitfähigkeit hat – Strom und Wärme –, die eine hervorragende Möglichkeit bietet, Wärme abzuleiten.

Lötverbindungen ähneln der SMT (Surface Mount Technology). Aufgrund der hohen Wärmeleitfähigkeit des Lötmaterials selbst ist Lötverbindung eine gängige Art der Chipbindung.

Wie wir gesehen haben, können bei Betrachtung der verschiedenen oben beschriebenen Methoden extreme Temperaturschwankungen beim Chipmontageprozess auftreten. Zum Beispiel für Zinn-Blei SAC 305 oder einige ähnliche Löte beträgt der Temperaturbereich des Weichlötverbindungsprozesses 180°C bis 250°C. Bei Löten aus Gold-Zinn, Gold-Silizium oder ähnlichen Legierungen kann das Hochtemperatur-Lötverbindungsverfahren 250°C oder sogar höher überschreiten. Auch wenn es um die Wärmeableitung von Geräten wie LEDs geht, sind Lötverbindungen wichtig.

Ein wichtiger Aspekt der Lötanlage ist, dass der Chip Flussmittel benötigt. Zuvor muss die anfängliche Lotlegierung auf die Chipmetallisierung und die Substratmetallisierung vorplattiert werden. Wird eine bestimmte Schicht benötigt, ist eine etwas andere Chip- und Substratzusammensetzung erforderlich. Sobald die Ausführung abgeschlossen ist, wird der Chipplacer verwendet, um den Chip auf dem Substrat zu platzieren.

Bei Verwendung des Lötverbindungsverfahrens wird ein Draht in das System eingeführt, wo er vorgewärmt wird, dann wird das Lot geschmolzen und die Verbindung gebildet (danach muss der Fluss auf dem Chip vor dem Verpacken entfernt werden).

Zu den hervorragenden Eigenschaften der Lötanlagentechnologie gehören ihre Robustheit, mechanische Festigkeit, gute Wärmeableitung und hohe Wärmeleitfähigkeit.

Sobald der Matrizenbefestigungsprozess abgeschlossen ist (unter Verwendung einer der oben genannten Techniken), wird ein zusätzliches Verfahren zum Drahtbonden verwendet, das die Pads auf der Matrize/Chip mit den entsprechenden Pads auf dem Substrat/PCB verbindet. Diese Drahtbindungen können mit Golddraht, Aluminiumdraht, Kupferdraht oder (in einigen Fällen) Silberdraht erreicht werden.

Kurz gesagt, für kleine Leiterplatten wie starre, flexible, and Starr-Flex-Schaltung, Chipmontage wird zu einer prominenteren Technologie. Daher, Es ist sehr wichtig für OEM-Designer, die drei Arten von Chip-Montagemethoden gut zu verstehen, um die für ihre Anwendung am besten geeignete Methode auszuwählen.