Лазерно-индуцированное прямого переноса для флип-чип упаковки Единых штампов

Резюме

Мы демонстрируем использование прямого переноса (LIFT) методом лазерной индуцированной для флип-чип сборки оптико-электронных компонентов. Такой подход обеспечивает простой и экономически эффективной, низкой температуры, быстрое и гибкое решение для точной поле натыкаясь и связи на чипах масштабе для достижения схем высокой плотности для оптоэлектронных приложений.

Аннотация

Флип-чип (FC) упаковка ключевая технология для реализации высокой производительности, ультра-компактными и высокой плотности схем в микро-электронной промышленности. В этой технике чип и / или субстрат столкнулись и два соединены с помощью этих токопроводящих ударов. Многие натыкаясь методы были разработаны и интенсивно изучается с введением технологии FC в 1960 ^1, такие как трафаретной печати, стад натыкаясь, испарения и неэлектролитического / гальванических ^2. Несмотря на прогресс, эти методы сделали все, что они страдают от одного или более чем один недостатки, которые необходимо устранить такие как стоимость, сложных этапов обработки, высоких температур обработки, времени изготовления и, самое главное отсутствие гибкости. В этой статье мы демонстрируем простое и экономичное метод на основе лазера рельефа формирования известный как Лазерно-индуцированное прямого переноса (LIFT) ^3. Используя технику поднять широкий спектр бамп материалов может бе напечатан в пошагового с большой гибкостью, высокой скоростью и точностью при комнатной температуре. Кроме того, лифт позволяет тряски и сцепление вплоть до чип-масштабе, что очень важно для изготовления ультра-миниатюрный схемы.

Введение

Лазерно-индуцированное прямого переноса (LIFT) является универсальным прямым написать добавка способ изготовления определение шаблона одноступенчатой ​​и передачи материала с микрона и субмикронных разрешения. В этой статье мы сообщили об использовании подъемной силы натыкаясь техники для флип-чип упаковки вертикально-излучающих лазеров лазеры (ВИЛ) на чип-шкалы. Флип-чип ключевой технологией в системе упаковки и интеграции электронных и оптоэлектронных компонентов (OE). Для достижения плотного интеграции компонентов с мелким шагом склеивание имеет важное значение. Хотя мелким шагом склеивание было продемонстрировано некоторые из стандартных методов, но есть пустота с точки зрения объединив другие важные функции, такие как гибкость, эффективность затрат, скорости, точности и низкой температуре обработки. В целях удовлетворения этих требований мы демонстрируем LIFT-помощь термо-сжатия способ соединения для мелким шагом склеивания OE компонентов.

В LIFT, тонкая пленка материала для печати (именуемого донора) осаждают на одной поверхности лазерной прозрачной подложке поддержки (именуемой несущей). Рисунок 1 иллюстрирует основной принцип этого метода. Падающий лазерный импульс достаточной интенсивности затем фокусируется на границе перевозчик доноров, что обеспечивает необходимую для прямого переноса донорской пиксель зоне облучения на другую подложку Движущая сила (называемая в качестве приемника), размещенные в непосредственной близости.

Лифт был впервые сообщалось в 1986 году Bohandy в качестве метода для печати микронных медных линий для ремонта поврежденных фото-маски ^3. С момента первого показа этот метод приобрел значительный интерес в качестве технологии изготовления микро-нано для контролируемого рисунка и печати широкого спектра материалов, таких как керамика ^4, углеродных нанотрубок ^{5, 6,} КТ живых клеток ^7, графаен ^8, для различных приложений, таких как био-датчиков ^9, светодиодов ^10, оптоэлектронных компонентов ^11, плазмонных датчиков ^12, органо-электроники ¹³ и флип-чип сцепления ^14,15.

LIFT предлагает несколько преимуществ по сравнению с существующими флип-чип натыкаясь и склеивания методы, такие как простота, скорость, гибкость, эффективность затрат, с высоким разрешением и точностью для флип-чип упаковки OE компонентов.

протокол

1. LIFT-помощь флип-чип Bonding

ПРИМЕЧАНИЕ: Есть три стадии, связанные с реализацией подъемно-помощь флип-чип собраний, а именно Микро-натыкаясь подложек с использованием техники лифт, крепления оптоэлектронные микросхемы в наткнулся субстратов с помощью термо-сжатия флип-чип способ соединения, и наконец, герметизация связанных узлов. Каждый из этих этапов рассматривается в следующих разделах:

1. Micro-натыкаясь использованием лифт:
   1. Для приготовления доноров, нанесения тонкой пленки донорского материала на лазерном прозрачной подложке-носителе. Для этого эксперимента, испарять 200 нм пленки индия металла на верхней части стеклянной подложке с размерами: диаметром 2 дюйма х 0,05 см толщиной.
      ПРИМЕЧАНИЕ: Способ приготовления донора зависит от фазы донорского материала, например, использовать испарение и распыление для твердой фазе донорского материала и спин-покрытие, и доктор коньках для жидкофазного донорас.
   2. Для подготовки приемника, использовать стеклянные подложки с размерами 5 х 5 х 0,07 см ³ в качестве приемников. Шаблон эти субстраты с металлическими контактными площадками для склеивания чип OE и фан-аут зондирования конструкций с использованием фотолитографии. Для этого эксперимента, толстые колодки облигаций рисунок 4 мкм Ni-Au и фан-из зондирования треков на стекло приемника субстратов.
   3. Далее, поместите донора в контакте с приемником и установите сборку донор-приемник на компьютерным управлением этапе трансляции XY.
      Примечание: В зависимости от фазы донорского материала (например, твердого вещества (индия) или жидкости (чернил / пасты)) и его толщины, донора и приемника субстратов помещают на оптимальном разделения, которые могут быть легко контролируемой (например, путем с помощью металлических прокладок).
   4. Фокус падающего лазерного пучка на границе перевозчик доноров, использующего линзы объектива 160 мм Фокусное расстояние и сканирование луча (20 мкм размер пятна) по доноров substratе для передачи доноров микро-неровности на приемник облигаций колодки. Используйте пикосекундным лазерный источник 355 волны нм и 12 продолжительности пс импульсов поднять индия шишки на приемник облигаций колодки на флюенсом 270 мДж / см ^2.
      ПРИМЕЧАНИЕ: Лазер свойства, такие как энергия, нет. импульсов, объективной линзы высоты, координаты точное местоположение на приемнике подложки для печати доноров микро-ударов и желаемого рисунка должны быть переданы точно контролироваться с помощью компьютерной программы. Основные экспериментальные параметры (например, передача плотность потока), должны быть оптимизированы в случае использования другой лазерный источник.
   5. Для более толстых ударов двигаться донора свежего области и повторить операцию 1.1.4 несколько раз. Например, повторить шаг 1.1.4 шесть раз, чтобы получить стопку 6 индия ударов, напечатанных на верхней части друг с другом для этого эксперимента. Окончательный поднял шишки имеют среднюю высоту ~ 1,5 мкм и диаметром 20 мкм (рис 2).
      ПРИМЕЧАНИЕ: Для этих experimЭнты профиль поверхности и толщина ударов были измерены с помощью оптического профилометра. Это был осмотрен, что удары были выпуклый / купол морфологию со средней толщиной 1,5 мкм, в среднем по диаметру рельефа (как отмечено желтым на рисунке 3). Причина этого объясняется тем, что донор расплавленного в облученной лазером зоны и передаются осадок затем вновь затвердевает при достижении поверхности приемника (индий имеет низкую температуру плавления). Преимущество этого состоит в том, что это приводит к хорошей адгезии печатного удар на VCSEL контактных площадок.
2. Чип с подложкой термо-сжатия сцепления (рис 4-6):
   1. Используйте полуавтоматическую флип-чип связующие вещества для склеивания оптоэлектронных чипов в наткнулся субстратов.
   2. Загрузите столкнулся приемник и чип быть связаны на своих вакуумных пластин для скрепления. Поместите фишку в перевернутом положении, т.е., с его активной области управления предприятиямичисле вниз.
   3. Используйте подходящий пикап инструмент и выровняйте его по центру чипа. Используйте инструмент игольчатую, как показано на рисунке 5. Затем выберите чип, используя этот захватывающий инструмент.
   4. Совместите чип облигаций колодки с соответствующими контактными площадками на ресивере подложки с использованием системы камеры выравнивания.
   5. После того, как выравнивается месте чип на подложке.
   6. Применение тепла (~ 200 ° С) и давление (12,5 гс / рельефа) одновременно понимать, чип на подложку электрические и механические взаимосвязи.
3. Инкапсуляция склеенных узлов (рис 4-6):
   1. Не включать оптически прозрачный клей вокруг краев связанного узла с помощью шприца иглу. Инкапсуляции повышает механическую надежность таможенных собраний. Используйте один компонент УФ-отверждаемые клея, такого как NOA 86 для инкапсуляции облигационных фишки.
   2. Лечение клей с помощью УФ-лампы в течение ~ 30 сек.

2. Характеристика из вертикально-излучающих-излучающих лазеров связана (ВИЛ)

ПРИМЕЧАНИЕ: После изготовления Следующим шагом является оценка электро-оптических характеристик связанных узлов. Легкие тока напряжением (LIV) кривые приборов фиксируются пост-связывание с помощью зондовой станции. Следующие шаги участвуют в тестировании:

1. Поместите флип-чип, связанный устройство на заказ прозрачной стадии. Этап имеет отверстие, просверленное в центре для легкого доступа к света, излучаемого вИЛ.
2. Поставьте фотодетектор (ФД), под прозрачной стадии и привести ее активную область с облигационного чипа с помощью микроскопа.
3. Точно позиционировать зондирования иглы на Ni-Au зондирования колодки с помощью микроскопа.
4. Внедрить до 10 мА тока и измерить падение напряжения на ВИЛ и свет, испускаемый ею с помощью тока / напряжения источника измерительного устройства и измерителя мощности ВИЭpectively.

Результаты

Фиг.7 показывает типичную кривую LIV, которое было записано в одном из многих флип-чип связанных VCSEL чипов. Хороший матч между измеренным оптической мощности поставщику цитирует значений, указанных успешное функционирование облигационного устройств после склеивания. Кривые бы...

Обсуждение

В этой статье мы продемонстрировали, термо-сжатия флип-чип сцепление отдельные чипы ВИЛ с помощью метода, с прямым записи лазер на основе назывались подъемными. Шаги по изготовлению сборка, участвующие печать микро-ударов индия на подложке контактных площадок с использованием техники...

Материалы

Name	Company	Catalog Number	Comments
Laser source	3D MicroMac (3DMM)	2912-295
Photodetector	Newport	818 series
Source measurement unit	Keithley	2401
Power meter	Newport	1930
Underfill	Norlands	NOA 86
UV lamp	Omnicure	Series 1000 UV
Probe station	Cascade Microtech	model 42
Flip-chip bonder	Dr. Tresky	T-320 X