الليزر التي يسببها نقل إلى الأمام للرقي رقاقة التغليف وفاة واحدة

Summary

ونحن لشرح استخدام الأمام نقل (LIFT) تقنية الناجم عن الليزر لتجميع الوجه رقاقة من المكونات البصرية الالكترونية. ويوفر هذا النهج بسيطة وفعالة من حيث التكلفة، وانخفاض درجة الحرارة، وحل سريع ومرن لغرامة الملعب الاهتزاز والترابط على رقاقة النطاق لتحقيق الدوائر ذات الكثافة العالية للتطبيقات البصرية الالكترونية.

Abstract

الوجه رقاقة (FC) التعبئة والتغليف هي التكنولوجيا الرئيسية لتحقيق الأداء العالي، والدوائر فائقة مصغرة وذات الكثافة السكانية العالية في صناعة الالكترونيات الدقيقة. في هذه التقنية وصدم رقاقة و / أو الركيزة ومستعبدين الاثنين عبر هذه المطبات موصل. وقد تم تطوير العديد من التقنيات الاهتزاز والتحقيق بشكل مكثف منذ إدخال التكنولوجيا FC في عام 1960 ¹ مثل الطباعة الاستنسل، مسمار الاهتزاز، والتبخير وللكهرباء / ² الكهربائي. على الرغم من التقدم أن هذه الأساليب جعلت أنهم جميعا يعانون من واحد أو أكثر من السلبيات التي تحتاج إلى معالجة مثل التكلفة وخطوات المعالجة معقدة، ودرجات حرارة عالية التجهيز، وقت التصنيع والأهم من ذلك عدم وجود المرونة. في هذه الورقة، ونحن يبرهن على وجود نتوء تشكيل تقنية القائم على الليزر بسيطة وفعالة من حيث التكلفة المعروفة باسم الليزر التي يسببها نقل إلى الأمام (LIFT) ^3. يمكن باستخدام تقنية LIFT مجموعة واسعة من المواد عثرة لبالبريد المطبوعة في خطوة واحدة، مع مرونة كبيرة، وسرعة عالية ودقة في RT. وبالإضافة إلى ذلك، LIFT تمكن الاهتزاز والترابط وصولا الى رقاقة الحجم، وهو أمر حاسم لافتعال الدوائر فائقة مصغرة.

Introduction

الليزر التي يسببها نقل إلى الأمام (LIFT) هو مباشرة كتابة طريقة التصنيع مضافة تنوعا لتعريف نمط خطوة واحدة ونقل المواد مع ميكرون وميكرون قرار من الباطن. في هذه الورقة، ونحن التقرير استخدام LIFT كأسلوب الاهتزاز للتغليف الوجه رقاقة من الرأسي تجويف الباعثة للسطح ليزر (VCSELs) على نطاق ورقاقة. الوجه رقاقة هي التكنولوجيا الرئيسية في التعبئة والتغليف النظام وتكامل (عمر الفاروق) المكونات الالكترونية والبصرية الالكترونية. من أجل تحقيق التكامل كثيفة من عناصر الترابط خطوة صغيرة أمر ضروري. وعلى الرغم من الترابط خطوة صغيرة أثبتت بعض التقنيات القياسية ولكن هناك فراغا من حيث الجمع بين معا الميزات الهامة الأخرى مثل المرونة والفعالية من حيث التكلفة، السرعة والدقة وانخفاض درجة حرارة المعالجة. من أجل تلبية هذه المتطلبات نظهر بمساعدة LIFT الحرارية ضغط طريقة الربط للارتباط خطوة صغيرة من مكونات OE.

في Lوتودع IFT، طبقة رقيقة من المواد التي سيتم طباعتها (المشار إليها باسم المتبرع) على وجه واحد من ركيزة الدعم ليزر شفافة (ويشار إليها باعتبارها الناقل). الشكل 1 يصور المبدأ الأساسي لهذه التقنية. ثم تركز نبضة ليزر الحادث من شدة كافية في واجهة الناقل المانحة التي توفر القوة الدافعة اللازمة لتوجيه نقل بكسل المانحة من المنطقة المعرضة للإشعاع على الركيزة أخرى (ويشار إلى المتلقي) وضعت على مقربة.

وأفادت التقارير LIFT للمرة الأولى في عام 1986 من قبل Bohandy كأسلوب لطباعة خطوط النحاس ميكرون الحجم لإصلاح تلف الصورة أقنعة ^3. منذ أول مظاهرة لها هذه التقنية قد اكتسبت اهتماما كبيرا بوصفها تكنولوجيا تصنيع النانو الصغيرة للسيطرة الزخرفة والطباعة من مجموعة واسعة من المواد مثل السيراميك ^{4، 5} الأنابيب النانوية الكربونية، QDS ^{6، 7} الخلايا الحية، والرسم البيانيالشم ^8، لتطبيقات متنوعة مثل أجهزة الاستشعار الحيوي ^9، شاشات OLED ^{10، 11} المكونات البصرية الالكترونية، وأجهزة الاستشعار plasmonic ^12، العضوية والالكترونيات ^13، وارتباط ^14،15 الوجه رقاقة.

LIFT يقدم العديد من المزايا على الاهتزاز، وارتباط تقنيات الوجه رقاقة القائمة مثل البساطة والسرعة والمرونة والفعالية من حيث التكلفة، وارتفاع القرار، ودقة للتغليف الوجه رقاقة من مكونات OE.

Protocol

1. بمساعدة LIFT فليب رقاقة الرابطة

ملاحظة: هناك ثلاث مراحل المشاركة في تحقيق المجالس الوجه رقاقة بمساعدة LIFT، وهي الصغير الاهتزاز للركائز باستخدام تقنية LIFT، ربط رقائق الضوئية إلى ركائز صدم باستخدام الحرارية ضغط الوجه رقاقة طريقة الربط، و أخيرا التغليف للجمعيات المستعبدين. ويناقش كل مرحلة من هذه المراحل في الأقسام التالية:

1. الدقيقة الاهتزاز باستخدام LIFT:
   1. لإعداد المانحين، وإيداع طبقة رقيقة من المواد المانحة على الناقل الركيزة الليزر شفافة. لهذه التجربة، تتبخر 200 فيلم سميكة نانومتر من المعدن الإنديوم على رأس الزجاج الناقل الركيزة ذات أبعاد: 2 بوصة قطر × 0.05 سم سماكة.
      يعتمد المانحة طريقة التحضير على مرحلة من المواد المانحة، على سبيل المثال، استخدم التبخر والاخرق للمواد المانحة المرحلة الصلبة وتدور طلاء والطبيب blading عن السائل المرحلة المانحة: ملاحظةالصورة.
   2. لإعداد المتلقي، واستخدام ركائز الزجاج مع أبعاد 5 × 5 × 0.07 سم ³ مثل الاستقبال. نمط هذه ركائز مع منصات الاتصال المعدنية لالترابط رقاقة OE ومروحة التدريجي التحقيق الهياكل باستخدام ضوئيه. لهذه التجربة، ونمط 4 ميكرون سميكة منصات السندات ني الاتحاد الافريقي ومروحة التدريجي التي تحقق المسارات على ركائز استقبال الزجاج.
   3. وبعد ذلك، وضع المانحة في اتصال مع المتلقي وجبل الجمعية المانحة المتلقي على جهاز كمبيوتر تسيطر مرحلة الترجمة XY.
      ملاحظة: اعتمادا على مرحلة من المواد المانحة (على سبيل المثال، صلبة (الإنديوم) أو السائل (الحبر / لصق)) وسمكها، والجهات المانحة وركائز الاستقبال وتوضع في وفصل الأمثل التي يمكن السيطرة عليها بسهولة (على سبيل المثال، من خلال باستخدام الفواصل المعدنية).
   4. تركيز شعاع الليزر الحادث في واجهة الناقل المانحة توظيف عدسة موضوعية من 160 مم البعد البؤري ومسح شعاع (20 ميكرون حجم البقعة) عبر substrat المانحةالبريد لنقل المانحة المطبات الصغيرة على المتلقي السندات منصات. استخدام مصدر ليزر بيكو ثانية من 355 نانومتر الطول الموجي و12 psec مدة النبضة لرفع المطبات الإنديوم على المتلقي السندات منصات في فلوينس من 270 ميغا جول / سم ^2.
      ملاحظة: خصائص الليزر مثل الطاقة، لا. من البقول، ارتفاع عدسة موضوعية، بتنسيق من الموقع الدقيق على الركيزة المتلقي لطباعة المانحة المطبات الصغيرة ونمط المراد نقلها يتم التحكم بدقة باستخدام برنامج كمبيوتر. تحتاج المعلمات التجريبية الرئيسية (مثل نقل فلوينس) ليكون الأمثل في حالة استخدام مصدر ليزر آخر.
   5. لالمطبات سمكا تتحرك الجهات المانحة إلى منطقة جديدة وكرر الخطوة 1.1.4 عدة مرات. على سبيل المثال، كرر الخطوة 1.1.4 ست مرات للحصول على كومة من 6 المطبات الإنديوم المطبوعة على رأس كل منهما الآخر لهذه التجربة. رفعت نهائي المطبات لها يبلغ متوسط ​​ارتفاعها ~ 1.5 ميكرون ويبلغ قطرها 20 ميكرومتر (الشكل 2).
      ملاحظة: للحصول على هذه experimالوالدان تم قياس الشخصية السطحية وسمك المطبات باستخدام profilometer الضوئية. تم فحص أن المطبات كان مورفولوجيا محدبة / قبة بمتوسط ​​سمك 1.5 ميكرون، بمعدل متوسط ​​أعلى من قطر عثرة (كما تميز الأصفر في الشكل 3). ويعزى السبب في ذلك إلى حقيقة أن الجهات المانحة ذاب في منطقة الليزر المشع وبيليه نقلها ثم إعادة طدت-عند الوصول إلى سطح المتلقي (الإنديوم لديه نقطة انصهار منخفضة). وميزة هذا هو أنه يؤدي إلى التصاق جيدة من عثرة المطبوعة إلى منصات VCSEL للإتصال به.
2. رقاقة لالركيزة الحرارية ضغط الرابطة (أرقام 4-6):
   1. استخدام الوجه رقاقة بوندر شبه لالترابط رقائق الضوئية إلى ركائز صدم.
   2. تحميل المتلقي صدم ورقاقة ليكون الرهينة على لوحات من فراغ كل من بوندر. وضع رقاقة في موقف انقلبت، أي مع القوات المسلحة الكونغولية في منطقة نشطةجي أسفل.
   3. استخدام أداة صغيرة مناسبة ومحاذاته على مركز للرقاقة. استخدام أداة على شكل إبرة كما هو مبين في الشكل (5). وبعد ذلك، اختيار رقاقة استخدام هذه الأداة البيك اب.
   4. محاذاة رقاقة السندات منصات مع منصات الاتصال المقابلة على الركيزة الاستقبال باستخدام نظام الكاميرا المحاذاة.
   5. مرة واحدة الانحياز مكان الشريحة على الركيزة.
   6. تطبيق الحرارة (~ 200 درجة مئوية) والضغط (12.5 فرنك غيني / عثرة) في وقت واحد لتحقيق رقاقة لالركيزة الترابط الكهربائية والميكانيكية.
3. التغليف للجمعيات المستعبدين (أرقام 4-6):
   1. الاستغناء لاصقة شفافة بصريا حول حواف الجمعية المستعبدين باستخدام إبرة حقنة. تغليف يزيد من موثوقية الميكانيكية للمجالس المستعبدين. استخدام واحد مكون الأشعة فوق البنفسجية لاصق قابل للشفاء مثل NOA 86 لتغليف الرقائق المستعبدين.
   2. علاج لاصقة باستخدام مصباح الأشعة فوق البنفسجية ل~ 30 ثانية.

2. توصيف الاستعبادي عمودي تجويف الليزر التي ينبعث منها السطح (VCSELs)

ملاحظة: بعد تلفيق فإن الخطوة التالية هي لتقييم أداء الكهربائية الضوئية للجمعيات المستعبدين. يتم تسجيل الخفيف تيار الجهد (LIV) منحنيات من الأجهزة ما بعد الربط باستخدام محطة التحقيق. وتشارك الخطوات التالية لاختبار:

1. وضع رقاقة الآخر المستعبدين الجهاز على مرحلة حسب الطلب شفافة. المرحلة ديه ثقب حفر في وسط لسهولة الوصول إلى الضوء المنبعث من VCSELs.
2. وضع مكشاف ضوئي (PD) تحت المرحلة شفافة ومحاذاة المنطقة النشطة مع رقاقة المستعبدين باستخدام المجهر.
3. بالضبط موقف الإبر التحقيق على ني الاتحاد الافريقي التحقيق منصات باستخدام المجهر.
4. ضخ ما يصل إلى 10 أمبير من التيار وقياس انخفاض الجهد عبر VCSEL والضوء المنبعث من ذلك باستخدام / الجهد وحدة مصدر متر الحالية والسلطة متر الدقةpectively.

Representative Results

ويبين الشكل 7 منحنى LIV النموذجية التي تم تسجيلها من واحدة من العديد من الآخر رقاقة المستعبدين رقائق VCSEL. ونقلت ومباراة جيدة بين الطاقة الضوئية قياس إلى المورد أشارت القيم نجاح عمل الأجهزة المستعبدين بعد ارتباط. وسجلت المنحنيات أيضا prior- وبعد التغليف وعند المقارنة تم التحقق من أن encapsulant قد لا تؤثر على وظيفة رقاقة (كما هو موضح في الشكل 7). أيضا، أدت مقارنة بين المنحنيات IV المسجلة للVCSELs الوجه رقاقة المستعبدين وتلك المسجلة من يموت عارية في مباراة جيدة وبذلك، مما يشير إلى مقاومة إضافية ضئيلة تكبدها بسبب المطبات رفع (الشكل 8).

تم اختبار غلظة الميكانيكية للمجالس المستعبدين باستخدام آلة سلسلة DAGE 4000. لم رقائق مغلفة لا فصل من الركيزة دون الحصول على تضررت عندما تم تطبيق قوة يموت القص لهم، ل reby، مما يدل على موثوقية ميكانيكية جيدة جدا. تم تقييم استقرار على مر الزمن من رقائق المستعبدين ومغلفة بتنفيذ القياسية 8585 (85 ° C والرطوبة النسبية 85٪) تسارع اختبارات الشيخوخة. خلال هذه الاختبارات تم الاحتفاظ بها رقائق تحت درجة حرارة مضبوطة ورطوبة في غرفة المناخ لما مجموعه 400 ساعة. تم رصد رقائق كهربائيا وبصريا على فترات منتظمة. لم أداء وظائف رقائق لا تتحلل حتى بعد 400 ساعة في غرفة المناخ كما هو واضح من الشكل 9.

الشكل 1. تخطيطي يوضح مبدأ تقنية LIFT. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم.

ن صفحة = "دائما">
الشكل 2. صورة مجهرية ضوئية من جهاز استقبال صدم الركيزة بمساعدة LIFT. ويبين أقحم صورة مكبرة مطبوعة الإنديوم الصغيرة عثرة. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم.

الشكل 3. النموذجية القياسات profilometer البصري للرفع المطبات الصغيرة. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم.

الشكل 4. يصور الخطوات المختلفة التي ينطوي عليها عشرالبريد الحرارية ضغط الوجه رقاقة الترابط مكونات OE. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم.

الشكل 5. الميكروسكوب البصرية التي اتخذت في خطوات المعالجة المختلفة. يرجى النقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم.

الشكل 6. صورة المجهر الضوئي من الآخر رقاقة المستعبدين VCSEL رقاقة كما ينظر إليها من مساعدات من الركيزة الزجاج الاستقبال. الرجاء انقر هنا لعرض أكبر نسخة من هذا الرقم.

الرقم 7. منحنيات LIV النموذجية سجلت لمسبق وبعد التغليف الوجه رقاقة التجمع VCSEL. (معدلة من ¹⁵⁾ يرجى النقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم.

الرقم 8. مقارنة منحنيات IV المسجلة للجمعيات الوجه رقاقة المستعبدين باستخدام الضغوط المختلفة مع تلك المسجلة من يموت العارية. (معدلة من ¹⁵⁾ يرجى النقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم.

دائما ">
الرقم 9. قطعة أرض تصور نتائج اختبارات الشيخوخة التي تجرى على رقائق VCSEL المستعبدين. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم.

Discussion

في هذه الورقة، لقد أثبتنا الحرارية ضغط الوجه رقاقة الترابط من رقائق VCSEL واحدة باستخدام الليزر القائمة على الكتابة المباشر تقنية تسمى LIFT. الخطوات التجمع تلفيق تشارك الطباعة من المطبات الصغيرة الموجودة في الإنديوم على منصات الركيزة اتصال باستخدام تقنية LIFT. وأعقب هذا الحرارية ضغط الوجه رقاقة الترابط من رقائق VCSEL إلى ركائز صدم وأخيرا على التغليف.

تم تقييم الموثوقية الكهربائية والبصرية والميكانيكية للرقائق المستعبدين بمساعدة LIFT عن طريق قياس منحنيات حياتهم وأداء الاختبارات القياسية 8585 الشيخوخة. النتائج الناجحة التي تم الحصول عليها في القياسات الضوئية والاستقرار الميكانيكية، والمتانة تسليط الضوء بوضوح على إمكانات كبيرة للتقنية LIFT باعتبارها ربط التكنولوجيا.

وتجدر الإشارة إلى أن LIFT حاليا الطباعة يقتصر على الأغشية الرقيقة عندما يتعلق الأمر المواد الصلبة مرحلة وأنه يمثل تحديا لLIFT الأفلام سمكا (~ 10 ميكرون). أما وقد قلت ذلك من قبل ما قبل تجهيز الأفلام المانحة مثل ما قبل الزخرفة-المانحين قبل طباعتها ¹⁶ يمكن أن تجعل رفع المواد الصلبة سمكا الممكنة.

وفي الختام، LIFT يقدم حلا بسيط ودقيق للغاية ومرنة لتحقيق الترابط رقاقة المستوى للتطبيقات التي تتطلب الاهتزاز رقاقة واحدة، عالية الدقة، القرار وغرامة الملعب لذات الكثافة العالية التطبيقات الوجه رقاقة.

Materials

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