PCB技術 - PCB実装におけるチップ実装の役割

より小さいPCB, 含む 剛性フレックス回路, チップ配置のために3つの方法のうちの1つを必要とします, アプリケーションに応じて. 長年の半導体製造の唯一の分野であったテクノロジーは、現在、今日のものに移行しました プリント回路基板 製造工程と工程.

これらは古いものではない, 我々が育った伝統的なPCB反対に, 彼らは新しいタイプの 回路基板, 主に小さな剛体回路と フレキシブル回路, または2つの組み合わせ, 剛体の柔軟な組み合わせと呼ばれる. ますます小型の電子製品, 着用可能な装置のような, デバイスのポータブルデバイスとインターネット, これらの更新されたマイクロに基づいています 回路基板.

2019年に、そして将来、今日の先進の電子製品がPCBスペースを縮小しているので、マイクロエレクトロニクスは重要な役割を果たすでしょう。縮小する回路基板のサイズの1つの理由は、部品はまた、サイズが縮小し、ますます洗練されていることであり、製品を組み立て、検査し、テストすることがますます難しくなっている。

例えば, これらのより小さいPCBの多くは、伝統的なものを通り抜けることができません PCBアセンブリ 製造ライン. ますます多くの 回路基板 特殊なマイクロエレクトロニクス実装を経なければならない, ワイヤボンディングおよびチップ接続を含むこと.

チップ接続は、小さなPCB製造の比較的新しい領域です。要するに、チップまたはダイをそのパッケージ、基板、または剛性、可撓性、または剛性のフレックス回路に接続するプロセスである。実際には、1つのチップを別のものに接続することさえ含まれるかもしれません。

使用するチップ実装方法は、熱伝導率および放熱性に依存する。したがって、チップ接続プロセスの前に、各々のチップは、それが発する熱の量を決定するために慎重な熱伝導率検査および分析を受けなければならない。

チップは、通常、テープ、ウェーハ、またはワッフルトレイで見つかります。ワッフルトレイまたはチップセットは、多くのスライスされたチップ（図1）を持ちます。

チップとワッフルパック(ソース: Nexlogic Technology )

ターゲットチップをワッフルトレイ又はウエハパッケージから小型の真空吸引ツールによりピックアップすると、チップ接続工程が始まる（図2）。

図2 :チップを吸着するための真空吸引ツール(ソース: Nexlogic Technology )

ダイが真空によって解放された後に、それは正確に基板またはPCBと整列して、それから、3つの方法のうちの1つを使用して、永久に接続される。パッチに用いられるエポキシ及びはんだは非導電性であっても導電性であってもよい。チップ実装中、チップ／チップと基板／PCBとの間の完全な接触がなければならないそのうえ、隙間はなければなりません。

また、チップを基板に接続する接着剤は非常に正確でなければならない。このプロセスは非常に敏感ですチップを拾うことに加えて、それを損傷または破壊することなく基板上に配置しなければならない。作成されたダイボンドは、任意の生産性損失、任意のパフォーマンス損失、および任意の重要な劣化なしに非常に高い温度範囲に耐えることができる必要があります。

典型的なチップ接続方法は、エポキシ接合、共晶およびはんだ接続である。エポキシ接合プロセスは、銀エポキシガラスまたはポリイミド系材料を含むことができる。このエポキシは、非常に正確に量を分配する非常に細かいディスペンサーを使用して分配されます。この場合、使用するエポキシの種類によっては、室温から200℃°Cまでの温度に加熱する必要がある。この温度により、エポキシ樹脂を適切に硬化させて基板に密着させ、基板とチップとの接合部を正確に形成することができる。

エポキシが分配されるときに、それはチップ接続が作られる必要がある領域をカバーして、ボンドの端に丸い角をつくります。あまりに多くのエポキシが払われるならば、それは汚染と転位を引き起こします。共平面性も問題になります。その場合、チップはきちんと機能しません。対照的に、あなたが十分なエポキシを分配しないならば、それはクラック、空隙、そしてその後のジョイントにつながるでしょう。

図3に示すように、極めて正確な割り当て要求が実行される。そのうえ、非常に洗練された検査ツールは、完全なチップ配置を達成するために必要です。使用される接着剤は、通常、それらが電気絶縁体であり、良好な熱伝導性を持たない導体ではない。それらをより熱伝導性にするために、銀または金の材料は、より低い値に熱抵抗を減らすために用いる。

金、銀、炭化ケイ素、酸化ベリリウムまたは異なる元素の化合物の添加は、これらの接着剤をより低い温度で硬化させるのに役立つ。エポキシ接合は、異なる材料の複数のチップサイズを接続するために使用することもできる。

この技術は、チップをキャビティまたは基板に接続する共晶合金を使用する。この用途の基板は、マイクロ波や無線周波数成分などの高電力用途において一般的に使用される、アルミニウムまたは銅などのセラミックまたは金属であり得る。共晶チッププロセス（接着チッププロセスに対して）を使用する理由は、共晶法が300℃以上の温度範囲を扱うことができることである。セラミックスや金属などの基板は融点が高いため、より高い温度が要求される。

「フラックスフリーはんだ接続プロセス」と称される共晶チップ接続－プリフォームと呼ばれる薄い金属層（図4）。このプリフォームは、不活性雰囲気中で接合を形成するために使用される2つ以上の異なる元素（金－銀又は金－錫又は類似物）の合金（混合物）である。これらのプリフォームは、基板に比べて低温で溶融する。

図4 :「フラックスフリーはんだ付け」とも呼ばれ、共晶チップ接続は、プリフォームと呼ばれる薄い金属層を使用する。(ソース: Nexlogic Technology )

例えば、純金の溶融温度は非常に高く、1000℃°C以上であり、一方、シリコンの溶融温度は1400℃℃を超えているが、錫、銀のプリフォームは231℃、金錫は295℃、350℃で金ゲルマニウム、350℃で金シリコンを溶融することができ、制御温度範囲内で丈夫な接合を溶融させることが容易である。

金ベースのプリフォームを使用する他の理由は、素子が高い電気伝導性の電気及び熱を有し、熱を放散する優れた方法を提供するためである。

ハンダ接続は、表面実装技術（SMT）共同作成に類似しています。ハンダ材料自体の高い熱伝導率のために、ハンダ接続はチップボンディングの一般のタイプである。

我々が見たように、上述の様々な方法も考慮すると、チップ実装プロセスは極端な温度変化を経験することがある。例えば、錫−鉛−サック305又はいくつかの同様のはんだについては、ハンダ−はんだ接続工程の温度範囲は、金−錫、金−シリコン等の合金のはんだに対して180℃〜250℃程度であり、高温半田接続法は、250℃°C以上でもよい。LEDなどのデバイスの放熱に関しては、はんだ接続も重要である。

半田付けの重要な局面は、チップがフラックスを必要とすることである。これの前に、初期のハンダアロイは、チップ金属化およびサブストレートメタライゼーションに予めメッキされる必要がある。ある層が必要であれば、わずかに異なるチップおよび基板組成が必要である。一旦実行が完了すると、チップ・プラヤはチップを基板に配置するために使用される。

はんだ接続方法を使用する場合、システムに供給され、予備加熱された後、はんだが溶融し、接合部が形成される（その後、パッケージング前にチップ上のフラックスを除去しなければならない）。

はんだ付け技術の優れた特性は，その堅牢性，機械的強度，良好な放熱性，高い熱伝導率を含む。

ダイ接続プロセスが完了すると（上記技術のいずれかを使用して）、追加のプロセスが、ワイヤボンディングを実行するために使用され、ワイヤボンディングは、ダイ／チップ上のパッドを基板／PCB上の対応するパッドに接続する。これらのワイヤボンドは、金線、アルミニウム線、銅線、または（場合によっては）銀線を使用して達成することができる。

要するに, 硬質のような小さなPCBのために, フレキシブル, and 剛性フレックス回路, チップ実装はより顕著な技術になっている. したがって, OEM設計者は、チップ実装方法の3つの方法を十分に理解することが重要である.