Summary
Biz optoelektronik bileşenlerin flip-çip montaj Lazer kaynaklı İleri Transferi (LIFT) tekniğinin kullanımını göstermektedir. Bu yaklaşım, basit, maliyet-etkin, düşük-sıcaklık, optoelektronik uygulamalar için yüksek yoğunluklu devreleri ulaşmak için çip-ölçekte darbeleme ince perde ve yapıştırılması için hızlı ve esnek bir çözüm sağlar.
Abstract
Flip-çip (FC) ambalaj mikro-elektronik sektöründe yüksek performans, minyatür ultra yüksek yoğunluklu devreleri gerçekleştirmek için bir anahtar teknolojidir. Bu teknikte çipi ve / veya alt-tabaka bombelidir ve iki bu iletken darbe ile bağlanır. Birçok çarpma teknikleri geliştirilmiş ve yoğun 1960 1 gibi şablon baskı, damızlık darbeleme, buharlaşma ve elektriksiz olarak / 2 galvanik FC teknolojisinin girmesiyle incelenmiştir. Bu yöntemler hepsi birinden muzdarip ya da maliyet karmaşık işlem adımları, yüksek işlem sıcaklıkları, imalat süresi ve esneklik en önemlisi eksikliği gibi ele alınması gereken birden fazla dezavantajları yapmış olduğu ilerlemeye rağmen. Bu yazıda Lazer kaynaklı İleri Transferi (ASANSÖR) olarak bilinen basit ve maliyet-etkin bir lazer tabanlı yumru oluşturan tekniği 3 göstermektedir. ASANSÖR tekniktir çarpmak malzemeleri geniş bir yelpazede kullanarak olabilir bOda sıcaklığında büyük esneklik, yüksek hız ve doğruluk ile tek aşamada basılabilir ör. Buna ek olarak, ASANSÖR ultra minyatür devreyi imalatı için kritik çip ölçekli, aşağı darbeleme ve yapıştırma sağlar.
Introduction
Lazer kaynaklı İleri Transferi (LIFT) tek adım desen tanımı ve mikron ve alt mikron çözünürlüklü malzeme transferi için çok yönlü direkt yazmak katkı üretim yöntemidir. Bu yazıda, bir çip-ölçekte dikey-oyuk yüzey yayan lazerler (VCSEL) flip-çip paketleme için darbeleme tekniği olarak LIFT kullandığını rapor. Flip-çip sistemi ambalaj ve elektronik ve optoelektronik (OE) bileşenlerinin entegrasyonu önemli bir teknolojidir. Bileşenlerinin yoğun entegrasyonu sağlamak amacıyla ince adımlı bağlama gereklidir. Ince bacaklı yapıştırma standart tekniklerle bazı gösterdiği ancak esneklik, maliyet-etkililik, hız, doğruluk ve düşük işlem sıcaklığı gibi diğer önemli özellikleri biraraya açısından bir boşluk var olmasına rağmen. Bu gereksinimleri karşılamak için biz OE bileşenleri ince ziftinin için LIFT-destekli termo-sıkıştırma yapıştırma yöntemi göstermektedir.
L iseIFT (verici olarak da adlandırılır) basılacak malzemenin ince bir film (taşıyıcı madde olarak da adlandırılır), bir lazer şeffaf destek alt-tabakanın bir yüzeyi üzerine tatbik edilir. 1 Bu tekniğin temel prensibini gösterir, Şekil. Yetecek bir şiddete sahip bir olay Lazer darbesinin ardından yakın yerleştirilir (alıcısı olarak da adlandırılır) bir alt-tabaka üzerine ışınlanmış bölgeden verici piksel transferi iletmek için gerekli olan tahrik kuvveti sağlar taşıyıcı verici arayüzünde odaklanmıştır.
ASANSÖR ilk hasarlı fotoğraf maskeler 3 onarımı için mikron büyüklüğünde bakır hatları yazdırmak için bir teknik olarak Bohandy tarafından 1986 yılında rapor edilmiştir. Ilk gösteri yana bu teknik seramik 4 CNTs 5, QDS 6 gibi malzemelerin geniş bir kontrol desen ve baskı, canlı hücreler 7, grafik boyunca bir mikro nano üretim teknolojisi gibi önemli ilgi görürene 8 gibi biyo-sensörler 9, OLEDler 10, optoelektronik bileşenlerin 11, plasmonik sensörler 12, organik-elektronik 13 ve flip-chip yapıştırma 14,15 gibi çeşitli uygulamalar için.
ASANSÖR gibi OE bileşenleri flip-çip paketleme için sadelik, hız, esneklik, maliyet-etkililik, yüksek çözünürlük ve doğruluk gibi mevcut Flip-çip sarsıntı ve yapıştırma teknikleri üzerinde çeşitli avantajlar sunuyor.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1. LIFT-destekli flip-çip Bağlar
NOT: Orada, ASANSÖR-destekli flip-çip meclisleri, ASANSÖR tekniği kullanılarak yüzeylerin yani mikro-darbeleme hayata termo-sıkıştırma flip-çip bağlama yöntemi kullanılarak çarptı yüzeylere optoelektronik cips takılarak katılan üç aşaması vardır, ve gümrüklü meclislerinin nihayet kapsülleme. Bu aşamaların her biri, aşağıdaki bölümlerde ele alınmaktadır:
- LIFT kullanarak Mikro-darbeleme:
- Verici hazırlanması için, bir lazer şeffaf taşıyıcı tabaka üzerine verici malzemeden ince bir film oluşturur. Bu deney için, boyutları ile birlikte cam taşıyıcısı alt-tabaka üzerine indiyum metal bir 200 nm kalınlığında bir filmi buharlaşması: 2 inç çapında x 0.05 cm kalınlığında.
NOT: Donör hazırlama yöntemi, örneğin, buharlaşma kullanmak ve katı faz donör malzemeler için püskürtme ve spin-kaplama ve doktor-blading sıvı-faz donör için, donör malzemenin faz bağlıdırs. - Alıcı hazırlanması için, alıcı olarak 5 x 5 x 0.07 cm 3 boyutlarında cam alt-tabakaları kullanmaktadır. Desen fotolitografi kullanarak yapıların sondalama OE çip ve fan-out yapıştırılması için metalik temas yastıkları ile bu yüzeyler. Bu deney için, desen 4 mikron kalınlığında Ni-Au bağ pedleri ve fan-out cam alıcı yüzeylerde parça sondalama.
- Sonraki, alıcı ile temas donör koyun ve bir bilgisayar kontrollü XY çeviri sahneye donör-alıcı düzeneğini monte edin.
Not: verici bir maddenin (örneğin, bir katı madde (indiyum) ya da sıvı (mürekkep / yapıştırma)) ve bunun kalınlığı, verici ve alıcı alt-tabakaların aşamasına bağlı olarak kolayca ör göre (kontrol edilebilir optimum ayırma yerleştirilir ) metalik pulları kullanarak. - Donör substrat boyunca ışın (20 mikron spot büyüklüğü) 160 mm odak uzaklığı objektif lens kullanan taşıyıcı verici arayüzünde olay lazer ışını Odak ve taramaAlıcı bağ-pedleri üzerine donör mikro-diken diken aktarmak için e. 270 mJ / cm 2 bir akıcılığa de alıcı bağ-pedleri üzerine indiyum darbelere ASANSÖR 355 nm dalga boyunda ve 12 Yönlendirme ve İcra Komitesinin darbe süresi bir pikosaniye lazer kaynağı kullanın.
NOT: enerji gibi lazer özellikleri, hayır. bakliyat, objektif lens yüksekliği, baskı donör mikro-darbe için alıcı substrat ve doğru bir bilgisayar programı tarafından kontrol edilir transfer edilmek istenen desen hassas konumu koordinatları. Anahtar deney parametreleri (örneğin, aktarma akıcılık) bir lazer kaynağı kullanarak halinde optimize edilmesi gerekir. - Kalın diken diken taze alana donör hareket ve adım 1.1.4 birkaç kez tekrarlayın için. Örneğin, bu deney için birbirlerinin üstüne basılmış 6 indiyum diken diken yığınını almak için adım 1.1.4 altı kez tekrarlayın. Nihai darbe 1.5 um ~ ortalama yüksekliği ve 20 um (Şekil 2) bir çapa sahiptir kaldırdı.
NOT: Bu experim içinveliler darbelere yüzey profili ve kalınlığı bir optik profilometre kullanılarak ölçüldü. (Şekil 3 sarı işaretli) Bu diken diken 1.5 mikron ortalama kalınlıkta bir dışbükey / kubbe morfolojisi olduğu incelendi, yumru çapı üzerinde ortalama. Bunun nedeni, verici lazer ışınlanmış bölümü içinde eritildiği ve transfer Pelet daha sonra (İndiyum, düşük bir erime noktasına sahiptir) alıcı yüzeyine ulaşan üzerine yeniden katılaşan gerçeğine atfedilebilir. Bu avantajı VCSEL temas pedleri basılı yumru iyi yapışma sonuçları olmasıdır.
- Verici hazırlanması için, bir lazer şeffaf taşıyıcı tabaka üzerine verici malzemeden ince bir film oluşturur. Bu deney için, boyutları ile birlikte cam taşıyıcısı alt-tabaka üzerine indiyum metal bir 200 nm kalınlığında bir filmi buharlaşması: 2 inç çapında x 0.05 cm kalınlığında.
- Chip termo-sıkıştırma bağ alt tabakaya (4-6 Şekil):
- Çarptın yüzeylere optoelektronik fiş bağlanması için bir yarı otomatik flip-çip birleştirici, kullanın.
- Çarptın alıcı ve yonga yapıştırıcının kendi vakum plakalar üzerine yapıştırılacak yükleyin. Aktif alan fac ile, yani, bir saygısız pozisyonda çip yerleştirinAşağı ing.
- Uygun bir pick-up aracı kullanın ve çip ortasına hizalayın. Şekil 5'te gösterildiği gibi bir iğne şeklinde aracını kullanın. Sonra, bu pick-up aracı kullanarak çip almak.
- Bir kamera hizalama sistemi kullanılarak alıcı substrat üzerinde ilgili irtibat yastıkları ile çip bağ-yastıkları aynı hizaya getirin.
- Bir kez yerde alt tabaka üzerinde çip uyumlu.
- Elektrik ve mekanik bağlantıları alt tabakaya çip gerçekleştirmek için aynı anda ısı (~ 200 ° C) ve basınç (12.5 gf / yumru) uygulayın.
- Gümrüklü meclisleri (4-6 Şekil) kapsülleme:
- Bir şırınga iğnesi kullanarak gümrüklü montaj kenarlarında bir optik şeffaf yapışkan dağıtın. kapsülleme bağlı meclislerinin mekanik güvenilirliğini artırır. Bağlanmış fiş kapsüllenmesi için NOA 86 gibi tek bir bileşen UV yapıştırıcı kullanın.
- ~ 30 sn için UV lamba kullanarak yapışkan Cure.
Gümrüklü Dikey boşluğu Yüzey yayan Lazerlerin 2. Karakterizasyonu (VCSEL)
NOT: imalat sonra bir sonraki adım bağlı meclislerinin elektro-optik performansını değerlendirmek için. cihazların ışık akım-gerilim (LIV) eğrileri bir prob istasyonu kullanarak post-yapıştırma kaydedilir. Aşağıdaki adımlar test için katılmaktadırlar:
- Bir ısmarlama şeffaf sahneye cihazı bağlı Flip-çip yerleştirin. sahne VCSEL yaydığı ışığın kolay erişim için merkezi delinmiş bir delik vardır.
- Şeffaf aşamada altında fotodetektörü (PD) yerleştirin ve bir mikroskop kullanılarak bağlanmış çip ile aktif alanı hizalayın.
- Kesinlikle bir mikroskop kullanılarak pedleri sondalama Ni-Au üzerinde sondalama iğne yerleştirin.
- Mevcut 10 mA kadar enjekte ve VCSEL üzerinde gerilim düşümü ve akım / gerilim kaynağı metre birimini kullanarak onun tarafından yayılan ışık ve güç metre res ölçmekpectively.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Şekil 7, birçok flip-çip bağlı VCSEL cips birinden kaydedildi tipik bir LIV eğrisini göstermektedir. Tedarikçiye ölçülen optik güç arasında bir iyi bir maç değerleri bağlı cihazlar sonrası bağ başarılı işleyişini belirtilen alıntı. Eğimler aynı zamanda, prior- ve post-kapsülleme kaydedildi ve karşılaştırma üzerine, bunun (Şekil 7 'de gösterildiği gibi) kapsülleyici talaş işlevselliği etkisi olduğunu teyit edilmiştir. Ayrıca, Flip-çip bağlı VCSEL ve çıplak kalıptan kaydedilen olanlar için kaydedilen IV eğrileri arasında bir karşılaştırma kaldırdı darbelere (Şekil 8) nedeniyle oluşan önemsiz ek direnç düşündüren, böylece iyi bir maç sonuçlandı.
gümrüklü meclislerinin mekanik sağlamlık bir Dage 4000 serisi makinesi kullanılarak test edildi. bir kalıp-kesme kuvveti bunların tatbik edildiği, kapsüllenmiş yongaları hasar olmadan substrattan ayırmak vermediReby, çok iyi mekanik güvenilirlik tanıklık. bağlanmış ve kapsüle cips zamanla stabilite standart 8585 (85 ° C ve% 85 bağıl nem), hızlandırılmış eskime testleri gerçekleştirilerek değerlendirilmiştir. Bu testler sırasında fiş 400 saatlik bir toplam bir klima kabini içinde kontrol edilen sıcaklık ve nem altında tutuldu. cips düzenli aralıklarla elektrik ve optik olarak izlenmiştir. Şekil 9'dan açıkça görüldüğü gibi cips performans ve işlevsellik klima kabini içinde daha sonra 400 saat indirgeme değildi.
Şekil 1. Şematik ASANSÖR tekniği ilkesini gösteren. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.
Bir KALDIRMA destekli çarptı alıcı substrat Şekil 2. Optik mikrograf. Içerlek bir baskılı indiyum mikro-yumru bir büyütülmüş görüntüsünü gösterir. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.
Şekil kaldırdın mikro-darbe 3. Tipik optik profilometre ölçümleri. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.
Şekil 4. th ilgili çeşitli adımları göstermektedire OE bileşenleri termo-sıkıştırma flip-chip yapıştırma. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.
Çeşitli işlem adımlarında alınan Şekil 5. Optik mikrografları. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.
Alıcı cam taban arka bakıldığında bir flip-çip bağlı VCSEL çip Şekil 6. Optik mikroskopta görüntü. Bir büyük görmek için tıklayınız Bu rakamın sürümü.
Bir flip-çip VCSEL montaj öncesi ve sonrası kapsülleme. (15 ila Modifiye) için kaydedilen Şekil 7. Tipik LIV eğrileri bu rakamın daha büyük bir versiyonunu görmek için burayı tıklayınız.
Şekil çıplak kalıp. (15 ila Modifiye) kaydedilmiş olanlar farklı basınçlar kullanılarak bağlanmış Flip-çip montajlar için kaydedilen IV eğrileri 8. Karşılaştırılması bu rakamın daha büyük bir versiyonunu görmek için burayı tıklayınız.
Gümrüklü VCSEL yongaları üzerinde yapılan yaşlanma testlerinin sonuçlarını gösteren Şekil 9. Arsa. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Bu yazıda, ASANSÖR denilen bir lazer tabanlı doğrudan yazma tekniği kullanılarak tek VCSEL cips termo-sıkıştırma flip-çip bağ göstermiştir. ASANSÖR tekniği kullanılarak substrat temas pedleri üzerine indiyum mikro-darbe baskı dahil montaj üretim aşamaları. Bu ısıyla sıkıştırma flip-chip çarptı substratlara VCSEL yongaları yapıştırma ve son olarak da kapsülleme izledi.
ASANSÖR-destekli bağlı cips, elektrik, optik ve mekanik güvenilirlik onların LIV eğrilerini ölçme ve standart 8585 yaşlanma testleri yapılarak değerlendirildi. başarılı sonuçlar optik karakterizasyonu, mekanik stabilite elde, ve dayanıklılık açıkça bağlantı teknolojisi olarak ASANSÖR tekniğinin büyük bir potansiyel vurgulayın.
Katı-faz malzemeleri geldiğinde şu anda ince filmler sınırlıdır baskı ASANSÖR belirtilmelidir ve LIF için zorluT kalın filmler (~ 10 mikron). Böyle onları 16 uygulanabilir kalın katı maddelerin kaldırma yapabilirsiniz yazdırmadan önce donörler ön-desenlendirme gibi donör filmler ön-işleme olduğunu söyledi.
ASANSÖR yüksek yoğunluklu flip-çip uygulamaları için tek çip darbeleme, yüksek doğruluk, çözünürlük ve ince sahayı gerektiren uygulamalar için çip düzey bağlantıları gerçekleştirmek için basit, son derece hassas ve esnek bir çözüm sunar, sonuçlandırmak.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
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
- Davis, E., Harding, W., Schwartz, R., Coring, J. Solid logic technology: versatile, high performance microelectronics. IBM J. Res. Develop. 8, 102-114 (1964).
- Bigas, M., Cabruja, E., Lozano, M. Bonding techniques for hybrid active pixel sensors (HAPS). Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. A. 574 (2), 392-400 (2007).
- Bohandy, J., Kim, B. F., Adrian, F. J. Metal deposition from a supported metal film using an excimer laser. J. Appl. Phys. 60 (4), 1538-1539 (1986).
- Kaur, K. S., et al. Shadowgraphic studies of triazene assisted laser-induced forward transfer of ceramic thin films. J. Appl. Phys. 105 (11), 113119 (2009).
- Boutopoulos, C., Pandis, C., Giannakopoulos, K., Pissis, P., Zergioti, I. Polymer/carbon nanotube composite patterns via laser induced forward transfer. Appl. Physc. Lett. 96, 041104 (2010).
- Xu, J., Liu, J., et al. Laser-assisted forward transfer of multi-spectral nanocrystal quantum dot emitters. Nanotechnology. 18 (2), 025403 (2007).
- Doraiswamy, A. Excimer laser forward transfer of mammalian cells using a novel triazene absorbing layer. Appl. Surf. Sci. 252 (13), 4743-4747 (2006).
- Papazoglou, S., Raptis, Y. S., Chatzandroulis, S., Zergioti, I.A study on the pulsed laser printing of liquid phase exfoliated graphene for organic electronics. Appl. Phys. A. , (2014).
- Chatzipetrou, M., Tsekenis, G., Tsouti, V., Chatzandroulis, S., Zergioti, I. Biosensors by means of the laser induced forward transfer technique. Appl. Surf. Sci. 278, 250-254 (2013).
- Stewart, J. S., Lippert, T., Nagel, M., Nuesch, F., Wokaun, A. Red-green-blue polymer light-emitting diode pixels printed by optimized laser-induced forward transfer. Appl. Phys. Lett. 100 (20), 203303 (2012).
- Kaur, K., et al. Waveguide mode filters fabricated using laser-induced forward transfer. Opt. Express. 19 (10), 9814-9819 (2011).
- Kuznetsov, A. I. Laser fabrication of large-scale nanoparticle arrays for sensing applications. ACS Nano. 5 (6), 4843-4849 (2011).
- Rapp, L., Diallo, A. K., Alloncle, A. P., Videlot-Ackermann, C., Fages, F., Delaporte, P. Pulsed-laser printing of organic thin-film transistors. Appl. Phys. Lett. 95 (17), 171109 (2009).
- Assembly of optoelectronics for efficient chip-to-waveguide coupling. Bosman, E., Kaur, K. S., Missinne, J., Van Hoe, B., Van Steenberge, G. 15th Electronics Packaging Technology Conference (EPTC), Dec 11-13, , 630-634 (2013).
- Kaur, K. S., Missinne, J., Van Steenberge, G. Flip-chip bonding of vertical-cavity surface-emitting lasers using laser-induced forward transfer. Appl. Phys. Lett. 104 (6), 061102 (2014).
- Kaur, K. S., al, et Laser-induced forward transfer of focussed ion beam pre-machined donors. Appl. Surf. Sci. 257 (15), 6650-6653 (2011).
