플립칩

Flip chip
본 논문은 반도체 실장 기술에 관한 것입니다.DEC PDP 모듈에 대해서는 Flip Chip(PDP 모듈)을 참조하십시오.CPU 형식은 플립칩 핀 그리드 배열을 참조하십시오.
플립칩 BGA 패키지(FCBGA-479)의 Intel Mobile Celeron; 실리콘 다이가 짙은 파란색으로 나타남
플립칩 패키지로부터의 다이의 하부, IC 다이 또는 상부 금속화층 상의 상부 금속 층, 및 플립칩 실장을 위한 금속화된 패드가 보이는 것을 특징으로 하는 방법

플립 칩(Flip chip)은 또한 제어된 붕괴 칩 연결 또는 그 약칭인 C4로 알려져 있으며,[1] 반도체 장치, IC 칩, 통합 수동 장치 및 미세 전기 기계 시스템(MEMS)과 같은 다이를 칩 패드에 증착된 솔더 범프를 갖는 외부 회로에 상호 연결하기 위한 방법입니다.이 기술은 General Electric의 라이트 밀리터리 일렉트로닉스 부서, Utica, New York에서 개발되었습니다.[2]최종 웨이퍼 처리 단계에서 웨이퍼 상단의 칩 패드에 솔더 범프가 증착됩니다.칩을 외부 회로(예를 들어, 회로 기판 또는 다른 칩 또는 웨이퍼)에 장착하기 위해, 그것의 상부면이 아래를 향하도록 뒤집어지고, 그것의 패드가 외부 회로의 매칭 패드와 정렬되도록 정렬된 다음, 솔더가 리플로우되어 인터커넥트를 완성합니다.이는 칩을 똑바로 세우고 미세 와이어를 칩 패드와 리드 프레임 접점에 용접하여 칩 패드를 외부 회로에 연결하는 와이어 본딩과는 대조적입니다.[3]

공정단계

  1. 집적 회로는 웨이퍼에 생성됩니다.
  2. 패드는 칩의 표면에 금속화되어 있습니다.
  3. 솔더 볼은 웨이퍼 범프(wafer bumping)라고 불리는 과정에서 각각의 패드에 증착됩니다.
  4. 칩이 잘렸습니다.
  5. 칩은 뒤집어지고 솔더 볼이 외부 회로의 커넥터를 향하도록 배치됩니다.
  6. 그런 다음 솔더 볼이 재용융됩니다(일반적으로 열풍 리플로우를 사용함).
  7. 장착된 칩은 전기 절연성 접착제(모관형, 여기에 표시)를 사용하여 "충전이 부족"합니다.[4][5][6][7]

장착기술 비교

와이어 본딩/열음속 본딩

전원 패키지의 상호 연결은 두꺼운 알루미늄 와이어(250~400 µm)를 쐐기 접합하여 제작됩니다.

통상적인 반도체 제조 시스템에서, 칩은 반도체 재료, 통상적으로 실리콘의 단일 대형 웨이퍼 상에 다수로 형성됩니다.개별 칩은 최종적인 기계적 캐리어와의 연결 역할을 하는 가장자리 근처에 금속의 작은 패드가 패턴화되어 있습니다.그런 다음 칩은 웨이퍼에서 잘라내어 캐리어에 부착되며, 일반적으로 열음속 본딩과 같은 와이어 본딩을 통해 연결됩니다.이러한 와이어는 결국 캐리어 외부의 핀으로 이어지는데, 이 핀은 전자 시스템을 구성하는 회로의 나머지 부분에 부착됩니다.

플립칩

일반적인 플립칩 실장 측면도

플립칩을 처리하는 것은 몇 가지 추가적인 단계가 있는 기존의 IC 제작과 유사합니다.[8]제조 공정이 거의 끝날 무렵, 부착 패드는 금속화되어 솔더에 보다 잘 수용될 수 있습니다.이는 일반적으로 여러 가지 치료로 구성됩니다.이어서 솔더의 작은 점이 각각의 금속화된 패드에 증착됩니다.그런 다음 칩은 정상적으로 웨이퍼에서 잘라냅니다.

플립 칩을 회로에 부착하기 위해 칩을 반전시켜 솔더 도트를 아래쪽의 전자 장치 또는 회로 기판의 커넥터로 가져옵니다.그런 다음 솔더를 재용융하여 전기적 연결을 생성하며, 일반적으로 열음속 접합 또는 리플로우 솔더 공정을 사용합니다.[9]

이로 인해 칩 회로와 기반 마운트 사이에 작은 공간이 남게 됩니다.대부분의 경우 전기 절연성 접착제는 더 강력한 기계적 연결을 제공하고, 히트 브릿지를 제공하며, 칩과 시스템의 나머지 부분의 차동 가열로 인해 솔더 접합부가 응력을 받지 않도록 하기 위해 "언더필링"됩니다.언더필은 칩과 보드 사이의 열팽창 불일치를 분산시켜 솔더 접합부에 응력이 집중되어 조기에 고장이 발생하는 것을 방지합니다.[10]

2008년, Reel Service Ltd.와 Siemens AG의 협력을 통해 'MicroTape'라고 알려진 고속 장착 테이프 개발[1]을 통해 고속 장착 방법이 발전하였습니다.테이프 앤 릴(Tape-and-reel) 공정을 조립 방법론에 추가하여 표준 PCB 조립 장비를 사용하여 99.90%의 선택률과 21,000 cph(시간당 부품)의 배치율을 달성하는 고속 배치가 가능합니다.

테이프 자동 본딩

열압착 또는 열음속 결합을 갖는 다이를 1층 내지 3층의 도전층을 포함하는 플렉시블 기판에 연결하기 위한 테이프 자동화 접합(tape automated bonding, TAB)이 개발되었습니다.또한 TAB를 사용하면 솔더링 기반 플립칩 장착과 동시에 다이핀을 연결할 수 있습니다.원래 TAB는 플립 칩에 비해 더 미세한 피치 상호 연결을 생성할 수 있었지만 플립 칩의 개발로 이러한 장점이 줄어들면서 TAB는 디스플레이 드라이버의 전문화된 상호 연결 기술이거나 조립 시스템과 같이 특정 TAB 준수 롤투롤(R2R, 릴투릴)을 필요로 하는 유사한 기술로 유지되었습니다.

이점

완성된 플립 칩 어셈블리는 기존의 캐리어 기반 시스템보다 훨씬 더 작으며, 칩은 회로 기판 위에 바로 놓여 있고, 면적과 높이 모두 캐리어보다 훨씬 더 작습니다.짧은 와이어는 인덕턴스를 크게 감소시켜 고속 신호를 가능하게 하며 열을 더 잘 전달합니다.

단점들

플립칩은 몇 가지 단점이 있습니다.

캐리어가 없다는 것은 쉽게 교체하거나 도움 없이 수동으로 설치하기에 적합하지 않다는 것을 의미합니다.또한 매우 평평한 장착 표면이 필요한데, 이는 항상 배열이 쉽지 않거나 보드가 가열되고 냉각됨에 따라 유지보수가 어려울 때도 있습니다.이렇게 하면 최대 장치 크기가 제한됩니다.

또한 짧은 연결부는 매우 뻣뻣하기 때문에 칩의 열팽창을 지지기판과 일치시켜야 합니다. 그렇지 않으면 연결부에 균열이 생길 수 있습니다.[11]언더필 소재는 칩과 보드의 CTE 차이의 중간체 역할을 합니다.

역사

이 프로세스는 원래 1960년대 IBM에 의해 메인프레임 시스템에 사용하기 위해 패키지화된 개별 트랜지스터와 다이오드를 위해 상업적으로 도입되었습니다.[12]

대안

플립 칩이 출시된 이후로 골드 볼 또는 몰드 스터드, 전기 전도성 폴리머, 화학적 방법으로 절연 도금을 제거하는 "도금 범프" 공정 등 여러 가지 솔더 범프의 대안이 소개되었습니다.플립칩은 최근 크기를 줄이는 데 가치가 있는 휴대폰과 다른 소형 전자제품 제조업체들 사이에서 인기를 얻고 있습니다.[citation needed]

참고 항목

참고문헌

  1. ^ E. J. Rymaszewski, J. L. Walsh, G. W. L. Leehan, "IBM의 반도체 로직 기술", IBM 연구 개발 저널, 25, no. 5(1981년 9월): 605.
  2. ^ 필터 센터, 항공 주간 & 우주 기술, 1963년 9월 23일, v. 79, no. 13, p. 96
  3. ^ Peter Elenius and Lee Levine, 칩 스케일 리뷰"Flip-Chip 및 와이어 본드 상호 연결 기술 비교"2000년 7월/8월2015년 7월 30일 회수.
  4. ^ "COTS Ruggedization을 위한 BGA 언더필".나사 2019년.
  5. ^ "다시 찾은 언더필: 수십 년 된 기술이 더 작고 내구성이 뛰어난 PCB를 가능하게 하는 방법". 2011.
  6. ^ "언더필".
  7. ^ "어플리케이션, 재료 및 메소드를 언더필합니다."2019.
  8. ^ 조지 라일리, Flipchips.com ."솔더 범프 플립 칩"2000년 11월.2015년 7월 30일 회수.
  9. ^ https://www.analog.com/media/en/technical-documentation/application-notes/AN-617.pdf[bare URL PDF]
  10. ^ 벤캣 난디바다."에폭시 화합물로 전자 성능 향상".디자인 월드. 2013.
  11. ^ Demerjian, Charlie (2008-12-17), Nvidia chips show underfill problems, The Inquirer, archived from the original on July 21, 2009, retrieved 2009-01-30{{citation}}: CS1 maint : URL(링크) 부적합
  12. ^ 조지 라일리, 플립칩 소개: What, Why, How, Flipchips.com 2000년 10월.

외부 링크