Připojování čipů na kontakty základny Wirebonding (připojování mikrodrátky) Kontakty na čipu jsou připojovány na kontakty základny pomocí Au, Al nebo Cu drátků o průměru přibližně 40 µm. Vlastní připojení je prováděno • termokompresí • ultrazvukovým kontaktováním • ultrasonickým kontaktováním. Termokomprese Čip je ohřát na teplotu vyšší než 200 – 250 oC (tedy je ohřátý i kontakt na čipu, na který se bude připojovat mikrodrátek). Tato teplota však nestačí k tomu, aby došlo ke svaření mikrodrátku s kontaktem na čipu. Potřebná energie ke svaření je dodána tlakem, který podpoří vzájemnou difuzi mřížek materiálu drátku a kontaktu. Tím dochází ke svaru. Je zřejmé, že v tomto případě může být připojován pouze drátek z materiálu, který neoxiduje. Takovým materiálem je Au. Kontaktování se dělá tzv. „na kuličku“, kdy je na konci připojovaného drátku vytvořena kulička buď elektrickým výbojem z kondenzátoru, nebo pomocí kyslíko-vodíkového plaménku, nebo „na hranu“. Oba principy jsou uvedeny na následujících obrázcích.
1
Termokomprese „Na kuličku“
2
Termokomprese „Na hranu“
3
Ultrazvukové kontaktování Mikrodrátek je v tomto případě z Al. Protože na povrchu Al se na vzduchu vytváří vrstva oxidu, který by bránil připojení při kontaktování termokompresí, je připojování prováděno kontaktovací hlavou, která je rozkmitávána zpravidla piezokeramickým měničem. Kontaktovací hlava tlačí drátek na kontakt na čipu a zároveň ho rozkmitává. Třením vzniká teplo potřebné ke vzájemnému spojení kontaktu a drátku a současně je oxid vytlačován mimo vlastní spoj. V tomto případě není třeba kontakt ani drátek zahřívat, protože potřebné teplo se vytvoří třením drátku o kontakt. Termosonické kontaktování Je kombinací termokomprese a ultrazvukového kontaktování. Čip je při kontaktování ohříván a připojovaný drátek je současně rozkmitáván kontaktovací hlavou.
Příklady kontaktů „Na kuličku“ a „Na hranu“
4
Tape Automated Bonding (TAB) Na fólii z plastu, která má vodicí otvory pro osazovací stroj, takže připomíná filmový pásek, jsou vytvořeny kontakty pro kontaktování čipu a tyto kontakty jsou expandovány na kontakty pro připojení obvodu na desku plošného spoje. Z pásku osazovací stroj vysekne obvod včetně plastové fólie s expandovanými kontakty čipu. Expandované kontakty jsou pak připojeny na desku plošného spoje. Příklady připojování TAB 1. Obvody na nosné plastové fólii
2. Jeden obvod
5
3. Princip připojování TAB Tape Automated Bonding
Obrys vyseknutí osazovacím strojem
Polyimidová fólie
Vnitřní kontakty Vnější kontakty (k čipu) (k desce pl. spoje)
Čip s kontakty Připojování technikou „Flip Chip“ V tomto případě jsou na kontaktech čipu vytvořeny „bumps“, tedy kontakty, většinou přibližně půlkulového tvaru, z pájky. Pak se čip převrátí „hlavou dolů“ (flip) a je namontován roztavením pájky na kontaktech a jejich připájením na připojovací plošky
6
plošného spoje (případně základny pouzdra integrovaného obvodu). Příklady 1. různé tvary kontaktů „bumps“
2. porovnání připojení mikrodrátky (wirebonding) a flip-chip Zde "Epoxy Underfill" je tepelně vodivé lepidlo, které se po namontování čipu pod něj vtlačuje, aby se čip lépe chladil, "Rigid Laminate" je pevná základna pouzdra z komozitu, "Mold Compound" a "Mold Cup" reprezentují pouzdro vytvořené zalitím (zastříknutím) do pryskyřice, "Solder Ball" je připojovací "bump" zde ve tvaru kuličky.
7
3. namontovaný obvod flip-chip a na vedlejším obrázku namontovaný obvod flip-chip a další nenamontovaný převrácený kontakty nahoru
4. příklady různé montáže obvodů flip-chip ("Die" znamená čip, "Bare Die" nezapouzdřený čip, "Heatsink Attach, Single Piece" připojení chladiče složeného z jedné části, "Heatsink Attach, 2 Pieces" připojení chladiče ze dvou částí). Overmold
Bare Die
Heatsink Attach, Single Piece
Heatsink Attach, 2 Pieces
8
