Summary
우리는 광전자 부품의 플립 칩 실장 용 레이저 유발 순방향 전송 (LIFT) 기술의 사용을 입증한다. 이 방법은 간단하고 비용 효과적인 저온, 광전자 응용을위한 고밀도 회로를 실현하기위한 칩 크기에 당김 미세 피치 및 접착 용 빠르고 유연한 솔루션을 제공한다.
Abstract
플립 칩 (FC) 포장 마이크로 전자 산업에서 고성능, 소형화 및 울트라 고밀도 회로를 실현하기위한 핵심 기술이다. 이러한 방법에 칩 및 / 또는 기판은 범핑되고이 두 도전성 범프를 통해 결합된다. 많은 범핑 기술 개발이 집중적 1960 한 이러한 공판 인쇄, 스터드 범핑, 증발과 같은 무전 / 2 FC 전기 도금 기술의 도입으로 조사되었다. 이들 방법은 모두 한 고통이나 비용, 복잡한 처리 단계, 높은 가공 온도, 제조 시간 및 유연성의 가장 중요한 부족 등 해결해야 할 하나 이상의 단점 만든 것을 진행 불구. 본 논문은 레이저 유발 순방향 전송 (LIFT)라고도 간단하고 비용 효율적인 레이저 기반의 범프 형성 기술 3을 증명한다. LIFT 기법 범프를 다양한 재료를 사용하여 수 bRT의 유연성, 높은 속도와 정확도 단일 단계에서 인쇄 한 전자. 또한, LIFT는 초소형 회로를 제조하기위한 중요한 칩 스케일, 아래로 범핑과 결합 할 수 있습니다.
Introduction
레이저 유발 순방향 전송 (LIFT)는 단일 - 단계 패턴 정의 및 미크론 및 서브 미크론 해상도와 물질 전달을위한 다용도의 직접 기록 첨가제의 제조 방법이다. 본 논문에서는, 우리는 칩 스케일에 수직 공동 표면 방출 레이저 (의 VCSEL)의 플립 칩 패키징에 대한 범핑 기술로 LIFT의 사용을보고합니다. 플립 칩은 시스템 패키징 및 전자 및 광전자 (OE) 구성 요소의 통합의 핵심 기술이다. 부품의 고밀도 통합을 달성하기 위해서, 파인 피치 접합이 필수적이다. 파인 피치 접합의 일부 표준 기술에 의해 증명되지만, 유연성, 경제성, 속도, 정확도 및 낮은 가공 온도로 다른 중요한 기능을 함께 결합하는면에서 보이드가되었지만. 이러한 요구 사항을 충족하기 위해, 우리는 OE 성분의 파인 피치 접합 용 LIFT 이용한 열 압착 접합 방법을 설명한다.
L에서IFT (도너로 지칭) 인쇄 될 재료의 박막 (담체 라 함) 레이저 투명지지 기판의 한쪽면 상에 증착된다. (1)가이 기술의 기본적인 원리를 도시 한 도표. 충분한 강도의 입사 레이저 펄스는 다음 근접하여 배치 (수신자로 칭함) 또 다른 기판 상에 조사 된 영역의 도너 화소 전송 전달할 필요 추진 동력을 제공 사업자 도너 계면에 집중된다.
LIFT 먼저 손상 포토 마스크 (3) 수리를 위해 미크론 크기의 구리 선을 인쇄하는 기술로 Bohandy에 의해 1986 년에보고되었다. 첫 데모 때문에이 기술은 세라믹 4, 탄소 나노 튜브 5, 6 양자점 등 다양한 재료의 패터닝을 제어 및 인쇄, 살아있는 세포 7 그래프 용 마이크로 - 나노 제작 기술에 상당한 관심을 얻고엔 8, 바이오 - 센서 (9), 유기 발광 다이오드 (10), 광전자 부품 (11), 플라즈몬 센서 (12), 유기 전자 (13)와 플립 칩 본딩 (14, 15) 등 다양한 애플리케이션을위한.
LIFT는 OE 성분의 플립 칩 장착을위한 단순성, 속도, 유연성, 비용 효율성, 높은 해상도 및 정밀도 등의 기존의 플립 칩 범핑 및 접합 기술에 비해 여러 장점을 제공한다.
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Protocol
1. 리프트를 이용한 플립 칩 본딩
NOTE : 거기, LIFT 이용한 플립 칩 어셈블리 LIFT 기술을 사용하여 기판 즉 마이크로 범핑 실현 열 압착 플립 칩 접합 방법을 사용하여 범프 기판에 광전자 칩 부착에 관여하는 세 단계가 있으며, 결합 어셈블리의 마지막 캡슐화. 각 단계는 다음 섹션에 설명되어 있습니다 :
- 리프트를 사용하여 마이크로 범핑 :
- 도너 준비 기간은 레이저 투과성 캐리어 기판 상에 도너 재료의 박막을 증착. 이 실험을 위해, 치수 유리 캐리어 기판 위에 인듐 금속의 200 nm 두께의 필름을 증발 : 직경 2 인치 X 0.05 cm 두께.
주 : 기부자 제조 방법은 예를 들어, 증발을 사용하여 고상 도너 재료 스퍼터링 스핀 코팅 및 닥터 블레이 딩을-액상 공여체, 도너 물질의 위상에 의존의. - 수신기 준비를 들어, 수신기 등 5 × 5 × 0.07 cm 3 차원 유리 기판을 사용합니다. 패턴을 포토 리소그래피를 이용한 구조 프로빙 OE 칩과 팬 아웃을 접합 금속 접촉 패드와 이들 기판. 이 실험을 위해, 패턴 4 μm의 두께 니켈 - 금 본드 패드 및 팬 아웃 유리 수신기 기판 상에 트랙을 프로빙.
- 다음으로, 수신기와 접촉하는 기증자를 배치하고 컴퓨터 제어 XY 번역 무대에 기증자 수신기 어셈블리를 탑재합니다.
참고 : 도너 재료 (예를 들면, 고체 (인듐) 또는 액체 (잉크 / 페이스트)) 그 두께, 도너와 수신기의 기판 상에 따라 쉽게 예 그래피 (제어 될 수 최적의 분리에 배치되고 ) 금속 스페이서를 사용. - 도너 substrat 통하여 상기 빔 (20 μm의 스폿 크기)를 초점 거리 160mm의 대물 렌즈를 채용 캐리어 도너 계면에 입사 레이저 빔을 초점 스캔수신기 본드 패드 상에 도너 마이크로 범프를 전송하기위한 E. 270 엠제이 / cm 2의 플루 언스에서 수신기 본드 패드 위에 인듐 범프를 들어 올립니다 355 nm 파장과 12 PSEC 펄스 지속 시간의 피코 초 레이저 소스를 사용합니다.
참고 : 에너지와 같은 레이저 특성을, 아니. 펄스, 대물 렌즈의 높이, 인쇄 공여체 마이크로 범프 수신기 기판 정확하게 컴퓨터 프로그램에 의해 제어되는 전송 될 원하는 패턴에 정밀한 위치 조정한다. 중요한 실험 파라미터 (예, 전사 플루 언스)는 다른 레이저 광원을 사용하는 경우에 최적화 될 필요가있다. - 두꺼운 범프는 새로운 영역으로 기증자를 이동하고 단계를 1.1.4 여러 번 반복하십시오. 예를 들어,이 실험에서 서로의 상단에 인쇄 6 인듐 범프 스택을 얻는 단계 1.1.4에게 여섯 번 반복. 최종 범프 ~ 1.5 ㎛의 평균 높이의 20 μm의 (도 2)의 직경이 해제.
참고 : 이러한 experim 들어엔트 범프의 표면 프로파일 및 두께는 광학 프로파일로 미터를 사용하여 측정 하였다. (그림 3 노란색 표시로) 그것은 범프 1.5 μm의 평균 두께의 볼록 / 돔 형태를 가지고 있음을 확인 하였다, 범프의 직경에 대해 평균. 그 이유는 도너 레이저 조사 영역에서 용융 전사 후 펠릿 (인듐 저 융점) 수신기 표면에 도달하면 다시 고화 것에 기인한다고 생각된다. 이것의 장점은 VCSEL 접촉 패드에 프린트 범프의 양호한 접착 성을 초래한다는 것이다.
- 도너 준비 기간은 레이저 투과성 캐리어 기판 상에 도너 재료의 박막을 증착. 이 실험을 위해, 치수 유리 캐리어 기판 위에 인듐 금속의 200 nm 두께의 필름을 증발 : 직경 2 인치 X 0.05 cm 두께.
- 이 칩 열 압착하는 기판 (도 4-6) :
- 범프 기판에 광전자 칩을 접합하기위한 반자동 플립 칩 본더를 사용합니다.
- 범프 형 수신기와 칩 본더의 각 진공 플레이트에 결합 될로드. 활성 영역 FAC으로, 즉, 대칭 위치에 칩을 놓습니다늦추십시오.
- 적절한 픽업 도구를 사용하여 칩의 중심에 맞 춥니 다. 도 5에 도시 된 바와 같이 바늘 형상의 툴을 사용한다. 다음에,이 픽업 도구를 이용하여 칩을 선택한다.
- 카메라 정렬 시스템을 이용하여 수신기 기판상의 대응 접촉 패드와 칩의 본드 패드를 정렬.
- 일단 장소를 기판에 칩을 정렬.
- 전기 및 기계 상호를 기판에 칩을 실현하는 동시에 열 (~ 200 ° C의)와 압력 (12.5 GF / 범프)를 적용합니다.
- 결합 어셈블리 (4-6도)의 캡슐화 :
- 주사기 바늘을 이용하여 접합 조립체의 가장자리 주위에 광학적으로 투명한 접착제를 디스펜스. 캡슐화는 결합 어셈블리의 기계적 신뢰성을 증가시킨다. 결합 칩을 캡슐화 NOA (86)과 같은 단일 성분 UV 경화형 접착제를 사용합니다.
- ~ 30 초 동안 UV 램프를 이용하여 접착제를 경화.
보세 수직 공동 표면 방출 레이저 2. 특성 (표면 광 레이저)
주 : 제작 한 후, 다음 단계는 접합 조립체의 전기 광학 성능을 평가하는 것이다. 소자의 광 전류 - 전압 (LIV) 곡선은 프로브 스테이션을 이용한 포스트 - 본딩 기록된다. 다음 단계는 테스트에 참여하고 있습니다 :
- 주문 제작 투명 무대에 장치를 결합 플립 칩을 놓습니다. 스테이지의 VCSEL에 의해 방사 된 광에 쉽게 액세스 할 수 있도록 중앙에 뚫린 구멍을 갖는다.
- 투명 단계 아래의 광 검출기 (PD)를 놓고 현미경을 사용하여 결합 된 칩의 활성 영역을 맞 춥니 다.
- 정확히 현미경을 사용하여 패드를 프로빙 니켈 - 금에 프로브 바늘을 놓습니다.
- 전류 10mA까지 주입 한 VCSEL 양단의 전압 강하 및 전류 / 전압 소스 미터 유닛을 사용하여 출사 광 및 파워 미터 측정 입술에 각기.
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Representative Results
도 7은 다수의 플립 칩 본딩 VCSEL 칩 중 하나에서 기록되었다 LIV 전형적인 곡선을 나타낸다. 공급 업체에 측정 된 광 전력 사이 좋은 경기는 값이 결합 장치 포스트 결합을 성공적으로 기능을 표시 인용했다. 곡선도있어 우선 사후 캡슐화를 기록하고, 그 비교에 (도 7에 도시 된 바와 같이) 밀봉 더 칩의 기능에 영향을했다는 확인되지 않았다. 또한, 플립 칩 본딩의 VCSEL과 베어 다이로부터 기록 된 사람들을 위해 기록 된 IV 곡선 사이의 비교는 해제 범프 (그림 8)에 의해 유발 무시할 추가 저항을 제안하여 좋은 경기 결과.
접착 어셈블리의 기계적 견고성 DAGE 4000 시리즈 기기를 이용하여 시험 하였다. 다이 전단력 그들,인가 한 캡슐화 칩 손상받지 않고 기판으로부터 분리되지 않았다reby은, 매우 우수한 기계적 신뢰성을 증언. 접착 캡슐화 칩의 시간에 대한 안정성은 표준 8585 (85 ° C 및 상대 습도 85 %)을 가속 노화 시험을 수행하여 평가 하였다. 이들 시험 동안에 칩 400 hr의 총 기후 챔버에서 제어 온도 및 습도하에 유지 하였다. 칩은 일정한 간격으로 전기적 및 광학적 모니터링 하였다. 도 9로부터 명백한 바와 같이 칩의 성능과 기능은 기후 챔버에서 400 시간 후에도 저하하지 않았다.
그림 1. 도식 LIFT 기술의 원리를 설명. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
LIFT-지원 마주 수신기 기판의 그림 2. 광학 현미경 사진. 삽입 된 인쇄 된 인듐 마이크로 범프의 확대 이미지를 보여줍니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
그림 해제 마이크로 범프 3. 일반적인 광학 프로파일로 측정. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
도 4는 일에 관여하는 다양한 단계를 도시전자 OE 부품의 열 압축 플립 칩 본딩. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
다양한 처리 단계에 찍은 그림 5. 광학 현미경 사진. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
수신기 유리 기판의 뒷면에서 볼 플립 칩 본딩 VCSEL 칩의 그림 6. 광학 현미경 이미지. 큰 보려면 여기를 클릭하십시오 이 그림의 버전입니다.
플립 칩 VCSEL 어셈블리 사전 및 사후 캡슐화. (15에서 수정) 기록 그림 7. 일반적인 LIV 곡선 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
그림 베어 다이. (15에서 수정)에서 기록 된 것과 다른 압력을 사용하여 결합 플립 칩 어셈블리 기록 IV 곡선 8. 비교 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
결합 VCSEL 칩에서 수행 노화 테스트의 결과를 묘사하는 그림 9. 플롯. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
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Discussion
본 논문에서는, 우리는 LIFT라는 레이저를 기반으로 직접 쓰기 기술을 사용하여 하나의 VCSEL 칩의 열 압축 플립 칩 본딩을 증명하고있다. LIFT 기술을 이용하여 기판 콘택트 패드 상에 인듐의 마이크로 범프의 인쇄 관련 조립체 제조 단계. 이 열 압착 플립 칩 범프 기판에 VCSEL 칩 본딩 마침내 캡슐화 하였다.
LIFT 보조 결합 칩, 전기 광학적, 기계적 신뢰성 그들의 LIV 곡선을 측정하고, 표준 8585 노화 시험을 수행하여 평가 하였다. 성공적인 결과는 광학 특성, 기계적 안정성을 획득하고, 내구성이 명확하게 상호 연결 기술로 LIFT 기술의 잠재력을 강조 표시합니다.
이 고상 물질에 관해서는 현재 박막에 한정되는 인쇄 리프트 것을 언급해야하며 LIF에 도전T 두꺼운 필름 (~ 10 μm의). 에 의해 그러한 그들이 16 가능한 두꺼운 고체 물질의 해제를 할 수 있습니다 인쇄하기 전에 기증자를 사전에 패턴으로 기증자 영화를 미리 처리했다 가졌.
LIFT 고밀도 플립 칩 애플리케이션을위한 단일 - 칩 범핑, 고정밀도, 해상도와 미세 피치 요구되는 어플리케이션에 대한 칩 레벨의 상호 접속을 구현하기 간단하고 매우 정확하고 유연한 솔루션을 제공 결론적.
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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 |
References
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