下一个创激光辅助键(实验室)技术

在半导体市场,有许多应用程序包括智能手机、平板电脑、中央处理单元(cpu)、人工智能(AI),数据云,更期待快速增长。其中,CPU数据处理、人工智能和数据云需要更高的功耗比智能手机或平板电脑。高功率应用,倒装芯片球栅阵列(FCBGA)或2.5 d包热性能高的预计将适当的包。FCBGA包,热分布和热界面材料(TIM)用于热性能增强。目前,聚合物材料常用TIM1(模具和热辊之间)热传导[1]。虽然蒂姆广泛用于FCBGAs聚合物,这种材料不足以覆盖高热能的应用程序。

为了更好的蒂姆•性能金属蒂姆被认为是一个重大的进步。中各种金属铟或铟合金与低熔点的推荐一项研究[2]。使用金属蒂姆,背面金属化(BSM)必须进行硅(Si)死和盖子表面因为金属蒂姆与Si死和金属间的成键金属盖,如图1所示。

图1:示意图FCBGA金属蒂姆的形象。

从凹凸互连方法的角度,大规模回流(先生),热压键(TCB)和激光辅助键(实验室)是用于工业。实验室的技术和结合机制已报告和焊接方法的一般比较如表1所示[3]。这项新研究的重点是在实验室的BSM死撞互连技术。下创实验室技术介绍了克服现有的实验室技术的局限性。此外,实验室过程实验室检查是基于优化的关键参数。此外,部分是由实验室的过程记录()条件和提交可靠性测试撞任何执行关节横断面分析热降解后的可靠性。

表1:倒装芯片键合方法比较表。

测试车辆

测试工具是一个FCBGA包。包体型是45毫米x 45毫米硅模具尺寸是19.2毫米x 19.2毫米。撞球场165µm 85µm圆形肿块直径。总高度是60µm凹凸不平40µm铜(铜)柱子撞20µm tin-silver (Sn-Ag)焊帽。模具背面金属化是完成黄金(Au)。有机基质有六个铜层、焊垫(SoP)完成和总厚度为1.07毫米。测试车辆的附加信息总结了表2。

表2:测试车辆的描述。

实验的细节

结果与现有顶级实验室non-BSM死去

BSM死前评估,现有的顶级实验室条件与non-BSM死,硅是正常死亡,评估。为什么条件显示没有异常肿块互连。x射线检查和碰撞截面显示没有non-wet或肿块短条件,如图2所示。

图2:x射线和凹凸X-section non-BSM死去。

结果与现有顶级实验室BSM死去

最初,non-BSM死的几率高于实验室条件应用于BSM死去。然而,bump互连并没有完全形成,死与衬底分离。原因是由于高比率的激光反射的非盟镀金属表面硅死亡。如图3所示,非盟的反射波长红外(IR)的近100%。接下来,3 x 4 x高功率应用相同的焊接时间腿1 - 3。腿4 x高功率(3)显示了衬底表面燃烧没有non-wet但由于异常高的权力。3 x的权力(腿1)显示没有观察到衬底表面损伤但撞non-wet横断面分析。一个中间点,3.5 x(腿2)显示肿块non-wet和衬底表面损伤。

下一步,实验室长时间应用相同的权力。腿4到6使用12到16 x更长时间。3条腿没有衬底烧坏但发现肿块non-wet截面即使在成键的最长时间。总结在表3中描述的结果。x射线图像和碰撞截面图像如图4所示。

根据结果,很难找到最佳实验条件和可接受的利润率为大规模生产过程。现有的实验室技术不能推荐BSM死撞互连由于non-wet风险。这种积极寻找一种新的焊接方法。

图3:金属与波长的反射率(%)。

表3:每条腿的结果与现有的实验室。

(4)腿1:3 x的力量

(4 b)腿2:3.5倍的力量

(4 c)腿3:4 x的力量

(4 d)腿4:12 x

(4 e)腿5:14 x

(4)腿6:16 x

图4:x射线、横截面和衬底目视检查每条腿的形象与现有的实验室。

介绍下创实验室

避免高反射率的BSM的镀金属表面,reverse-type实验室,激光发射从底部BGA一面撞块通过传播阶段,提出了。下一个创实验室应该克服的局限性现有实验室。目标应用程序将BSM死,高带宽内存(在一个环氧模塑料(EMC)包)和2.5 d模块相互连接。图5显示的图像示意图现有实验室和下一个详细创实验室(反向实验室)。

图5:示意图现有实验室的图像(左)和下创实验室(反向实验室)(右)。

结果与新生代实验室

后的试验调整功率和时间,最佳实验条件。与这些条件,实验室参数边缘研究运用±10%的力量。图6显示了结果。所有三个参数显示良好的互连没有任何凹凸non-wet,撞在BGA端短或衬底表面损伤。

(6)运动条件

(6 b)超过- 10%的条件

(6 c)超过+ 10%的条件

图6:x射线和X-section下创实验室和衬底目视检查图像。

接下来,峰值温度的测量是BSM模具表面。通常实验室一个红外相机是用来测量温度,但是对BSM死凹凸区域也由热电偶测量温度(TC)因为BSM表面温度会低是由于高反射率。死亡和衬底之间的热电偶插入死角落和模具中心位置,如图8所示。BSM死的红外光谱峰值温度只有大约65 ~ 75°C的低辐射金属。衬底温度254 ~ 264°C左右运动条件。然而,撞在热电偶温度254 ~ 259°C,这超过了焊料熔化温度。红外图像峰值,红外温度和热电偶概要图7和图8所示,分别。

图7:红外图像峰值(左)和红外(右)。

图8:TC装备位置(圈顶部)和温度(底部)。

结果与大规模回流

大规模回流是可能的,因为撞球场内165µm能力120µm先生。零件组装使用标准leadfree焊料回流概要文件。因此,没有凹凸的短裤在x射线检查和横截面分析,如图9所示。然而,先生显示焊接侧壁蠕变(毛细作用)比实验室,预计将很难申请好先生撞球场设备。换句话说,高生产率,创实验室可能是唯一的解决方案好撞球场设备与BSM死去。

图9:x射线和凹凸X-section先生形象。

下一个创实验室可扩展性

除了BSM应用死去,DRAM附加和2.5 d模块连接需要下创实验室技术。应用和发展下去,到目前为止,取得了可喜的成果有很好的联系。表4显示了图像下创实验室的应用示意图。

表4:示意图的形象下创实验室应用。

可靠性测试

部分是由运动实验室条件和接受标准电平可靠性测试。忽视盖子和焊锡球连接,测试关注凹凸互连是否有任何post-reliability异常。在每一个阅读,坐和检查碰撞截面。不幸的是,打开/短(O / S)测试不是由于执行O / S测试插座不可用。最后,所有读点显示没有坐异常,异常出现在碰撞截面通过公正的高度加速应力试验(UHAST) 192小时,温度循环,条件B (TCB) 1000 x和高温存储(高温超导)1000小时,如表5所示。

表5:可靠性测试结果。

总结

本研究证明了撞BSM死使用实验室的互连技术的可行性。由于高反射的非盟金属化BSM的实验室,实验室正常条件不可行由于缺乏传热的疙瘩。尽管实验室能力提高4 x或实验室的时间是16 x更长,衬底表面检测到损坏或凹凸不润湿。结论是很难优化实验室条件和过程非常狭窄。现有的实验室对互联电网BSM死不推荐。

改善质量,下一个创实验室开发。这就是激光发射reverse-type实验室从底部BGA一面凹凸是真空块传播阶段。新的实验室过程显示了有前景的结果没有观察基质BGA侧表面损伤,凹凸不润湿和凹凸短裤165 -µm撞测试车辆。另外,±10%参数窗口没有显示出异常。部分由为什么实验室条件显示没有异常坐和凹凸互联所有电平可靠性测试通过UHAST 192小时,1000小时高温超导和TCB 1000 x。

大规模回流显示了有前景的结果以及165 -µm撞球场测试车辆没有观察肿块短和凹凸不润湿。然而,先生显示焊接侧壁蠕变(毛细作用)比实验室很难申请好撞球场设备。

下创实验室开发克服现有实验室的限制,这可能是唯一的解决方案好撞球场互连的BSM死去。这还将提供一个高带宽内存解决方案结合和2.5 d模块互连。

额外的作者

ChoongHoe金正日,米尼奥Gim DongHyeon公园,DongSu Ryu DongJoo公园,JinYoung金正日——安靠韩国

承认

这项研究得到了公司全球研发中心。作者想给研发中心,特别感谢实验室团队,FA团队和可靠性测试团队成员。

引用

[1]肖恩·s .空的et al .,“热界面材料发展微处理器,铟”2009年IEEE 25日SEMI-THERM研讨会,2009。

[2]YunAh金姆,et al .,“为下一代FCBGA金属热界面材料,”2021年电子元器件和技术会议,2021。

[3]米Gim, et al .,“高性能倒装芯片粘结机理研究激光辅助键,“2020年电子元器件和技术会议,2020。