Введение
Тема реферата
«Технология миниатюризации электронных устройств. Технологии “flip-chip”» по
дисциплине «Конструирование вычислительной техники».
Работа знакомит с
особенностями технологии “flip-chip”, которая сегодня широко используется для
создания миниатюрных электронных устройств.
1.
Технология миниатюризации электронных устройств
Технология “flip-chip”
Технология “flip-chip”,
названная Controlled
Collapse Chip Connection
(монтаж кристалла методом контролируемого сплющивания) или С4, была разработана
фирмой IBM в 1960 году. В соответствии с этой технологией на поверхности
кристалла микросхемы создается поле столбиковых выводов из оловянно-свинцового
сплава, затем перевернутый кристалл припаивается методом оплавления к площадкам
подложки.
Сегодня многие фирмы
широко используют flip-chip технологию для изготовления миниатюрных электронных
устройств. Так, например, для медицинского применения по этой технологии
изготавливают микросборки имплантантов, миниатюрные беспроводные устройства и
др. Последние достижения этой технологии при трехмерном (пространственном)
расположении чипов позволяют достичь беспрецедентной степени миниатюризации и
надежности. При разработке технологии изготовления изделий, для которых основными
требованиями являются минимальный объем, надежность и максимальный срок службы,
основное внимание следует уделить выбору оптимального способа монтажа чипа на
тонкие гибкие подложки.
2.
Критерии миниатюризации
Три основных критерия
определяют степень миниатюризации изделия. Во-первых, с уменьшением размеров
микросхемы можно рассчитывать на повышение объемов ее продажи и увеличение
применения, особенно в таких областях, как медицина, телекоммуникации,
космонавтика и военная промышленность. Однако оптимальный выбор размеров
изделия представляет собой компромисс между возможностями технологии и
затратами на его изготовление.
Во-вторых, для отраслей,
в которых расходы на миниатюризацию изделий являются оправданными, одним из
первоочередных требований является их высокая надежность.
Существующие технологии
миниатюризации позволяют сократить общее число соединений и их длину. При этом
уменьшается индуктивность выводов, повышается КПД изделия и уменьшается его
перегрев. В результате увеличивается надежность изделия.
В-третьих, принятие
решения о миниатюризации изделий нередко связано с производственными проблемами
(плотностью размещения кристаллов микросхем, свойствами подложки с печатными
проводниками, наличием компонентов, возможностью автоматизации производства), а
также с ожидаемым соотношением производственных затрат и планируемой прибыли.
Если успех изделия на
рынке зависит от степени его миниатюризации, способности работы на более высоких
частотах и уменьшения рассеиваемой мощности, то большинство технологических
проблем при его изготовлении так или иначе связано с монтажом кристалла на подложку.
К примеру, с уменьшением размера кристаллов микросхем все более важной
становится оптимальная трассировка проводников.
Неудачная трассировка
может привести к увеличению паразитных емкости, индуктивности и сопротивления
проводников, что увеличит потребляемую мощность и паразитные связи между элементами.
Слишком плотное размещение дорожек может привести к увеличению отказов из-за
короткого замыкания между ними.
flip chip
миниатюризация электронный
3.
Особенности монтажа flip-chip-кристалла
В настоящее время
используются следующие способы монтажа flip-chip-кристалла на подложку:
- формирование
оловянно-свинцовых выводов и припаивание их к подложке методом оплавления
- формирование золотых
столбиковых выводов гальваническим методом и создание контакта с золотыми
площадками подложки способом термокомпрессии (рис. 1)
- приклеивание выводов
кристалла к подложке с помощью электропроводного клея.
В зависимости от
используемой технологии могут потребоваться дополнительные операции, например, создание
добавочного слоя металлизации под будущими выводами, что связано с затратами
времени и средств.
При пайке оплавлением
возникает необходимость в операции очистки от остатков флюса, т. к. их наличие
способствует образованию пустот в толще паяного соединения и растеканию флюса в
сторону от места расположения вывода.
В случае монтажа
кристаллов больших размеров может возникнуть погрешность в расположении его крайних
выводов относительно площадок подложки, обусловленная различными коэффициентами
линейного расширения кристалла и подложки.
Не следует также
недооценивать механические напряжения, возникающие в паяном соединении в процессе
изменения температуры. Влияние этого фактора возрастает с увеличением размеров
кристалла.
Для его компенсации
между кристаллом и подложкой вводят промежуточный слой полимера, называемого недоливком.
Качество недоливка существенно влияет на надежность изделия. Во избежание
отслоения выводов и потери контакта недоливок должен быть однородным, без
пустот и обладать хорошей адгезией как к кристаллу, так и к подложке.
Различие коэффициентов
линейного расширения влияет также и на изделия, монтируемые с помощью электропроводных
клеев. Здесь также используют недоливок. Однако, если при нагревании он
расширяется больше, чем электропроводный клей, контакт между кристаллом и
подложкой может быть нарушен.
Кроме того, следует
учитывать, что электрический контакт, создаваемый с помощью электропроводного клея,
образуется вследствие наличия в нем токопроводящих частиц диаметром менее 1 мил
(25 мкм). Поэтому во избежание потери контакта неплоскостность сочленяющихся
поверхностей не должна превышать этой величины. В идеальном случае композитный
клей должен был бы иметь тот же коэффициент линейного расширения, что и находящийся
с ним в контакте диэлектрик, достичь чего можно было бы значительно проще, если
бы в клее не было проводящих частиц. Поэтому здесь необходимо использовать
различные способы крепления.
Уменьшение размеров
контактных площадок ограничено свойствами подложки. Как правило, на гибких подложках
допустимы площадки меньших размеров.
Это объясняется соотношением
между толщиной подложки и диаметром переходных отверстий, соединяющих различные
ее слои. При большой толщине подложки создание переходных отверстий малого
диаметра не представляется возможным. Кроме того, при соотношении толщины подложки
и диаметра отверстия более чем 5:1, невозможно создать в отверстии качественный
слой металлизации. Если, например, в некотором изделии ширина дорожек и
расстояние между ними должны быть не более 50 мкм, то диаметр переходных
отверстий также должен быть равен этой величине. Следовательно, толщина
подложки в этом случае должна быть не более 250 мкм. Дополнительное
преимущество гибких подложек заключается в возможности придания им различной
формы, и, как следствие, в большем разнообразии форм и габаритов корпусов
микросхем.
В зависимости от
способа миниатюризации подготовка кристалла микросхемы к монтажу может быть выполнена
как до резки кремниевой пластины на отдельные кристаллы, так и после нее. К
примеру, на кристалл могут быть нанесены дополнительные слои металлизации или
выполнено перераспределение выводов. Кристаллы, предназначенные для пайки или приклеивания
электропроводными клеями, лучше всего готовить до резки пластины. Для монтажа с
применением непроводящих клеев формирование столбиковых выводов можно
осуществить сравнительно простыми способами, как на неразрезанной кремниевой
пластине, так и на отдельном кристалле. Пайка или склейка электропроводными
клеями предпочтительны для крупносерийного производства, в то время как монтаж
с помощью непроводящих клеев больше применим для выпуска малых и средних серий.
В таблице представлены
сравнительные характеристики трех основных способов монтажа микросхем.
4.
Скорость монтажа и возможность его автоматизации
Способы монтажа с
помощью золотых выводов и электропроводных клеев лишены многих недостатков, присущих
пайке. Являясь по сути механическими операциями, они могут быть легко
автоматизированы.
Правда, в некоторых
случаях возникает необходимость в ручной сборке, что требует участия
квалифицированных монтажников. Во всяком случае, использование этих способов
предоставляет широкие возможности монтажа различных типов микросхем на
различные подложки.
Процесс создания
золотых столбиковых выводов на поверхности кристалла может быть автоматизирован
как для неразрезанной кремниевой пластины, так и для отдельного кристалла. В
отличие от других способов монтажа для выращивания золотых выводов (см.рис.1)
не требуется предварительная металлизация.
Используемый для
монтажа непроводящий клей наносят на подложку способом трафаретной печати.
Применение непроводящих
термопластичных клеев позволяет несколько уменьшить действие сил, возникающих
вследствие различных коэффициентов линейного расширения кристалла и подложки.
Эти клеи размягчаются при нагревании, что позволяет упростить и ускорить монтаж,
сведя его к трем операциям: нагреву, прижиму и охлаждению кристалла. Типовыми
параметрами процесса монтажа являются:
- сила прижима (на один
вывод) от 50 до 80 г;
- температура от 150 до
250 °С;
- время отвердевания не
более 10 с;
- точность
позиционирования кристалла ±5 мкм.
Термопластичные
непроводящие клеи отличаются низким газовыделением, так как при их применении
отсутствует химическая реакция. Это дает возможность использовать их в герметизированной
аппаратуре. Скорости изготовления изделий с применением этих клеев и хорошо
известных эпоксидных соизмеримы. Отличие состоит в том, что первые допускают
ремонт печатных плат с заменой микросхем. Это особенно важно в случае применения
микросхем с большим числом выводов, замена которых экономически оправдана.
Установка микросхем на
печатную плату может осуществляться как вручную, так и автоматически в зависимости
от способа соединения, числа выводов и т. д. При автоматической или
полуавтоматической установке для позиционирования микросхемы относительно места
посадки используют серийно выпускаемое или специализированное оборудование.
Затем микросхему прижимают к плате, в результате чего ее выводы сплющиваются и
под действием местного нагрева (в течение 10 с) создается надежное соединение
золотых выводов и контактной площадки, а также отвердевание клея. Монтаж с
помощью клея существенно ускоряет процесс изготовления изделий и обеспечивает
надежность соединения.
На хорошо спроектированном
оборудовании все соединения можно выполнить за одну технологическую операцию,
при этом шаг между выводами может быть менее 100 мкм, а толщина гибкой подложки
– 25 мкм.
В таком оборудовании
предусматривается возможность регулировки силы прижима выводов микросхемы для компенсации
неровности подложки и различий в форме выводов. Это особенно важно в случае
монтажа микросхем с большим числом выводов.
5.
Характеристики и производительность
Использование
flip-chip- и SMD-компонентов в сочетании с гибкими подложками позволяет достичь
максимальной степени миниатюризации изделий.
Гибкой подложке с
установленными на нее микросхемами может быть придана форма многоярусной конструкции
(рис. 2).
Вывод
Выбор наиболее
приемлемой flip-chip-технологии является решающим фактором для успешного продвижения
изделия на рынке, однако должно быть принято всесторонне обдуманное решение об
оптимальной степени миниатюризации. Например, существующие технологии позволяют
провести дальнейшую миниатюризацию мобильных телефонов. Однако, полученное в
результате этого изделие может оказаться более трудоемким и дорогостоящим в
изготовлении и менее удобным в эксплуатации. С другой стороны, увеличение расходов
на дальнейшую миниатюризацию может быть оправдано для медицинских имплантантов,
так как они составляют лишь незначительную часть общих расходов на лечение.
Литература
1. J.
Jay Wimer, “3-D Chip Scale with Lead-Free Processes”. – Журнал
“Semiconductor International”, 2003, No 10.
2.
Электронные
компоненты и системы , 2009 , № 1 , с. 43-46
3.
Мельниченко
А. Технология миниатюризации РЭА – Учебник – Х., Феникс, 2009 – 486 с.
Другие работы по теме:
Топик: Central Processor Unit
The CPU of a computer is a microprocessor, based on a chip or microchip, a small piece of silicon with very large number of electronic 'circuits on it. The CPU interface -this is the way the CPU is connected with the main board. There are two main formats for PC's and those a re the "Socket", and the "Slot" formats.
Being A Musician Essay Research Paper Music
Being A Musician Essay, Research Paper Music is an ever-changing style. People listen to music of all types everyday. What most people don’t know is what it takes to make that music they listen to. Today’s music is a lot different than music prior to the 80’s. Machines can almost do all the work for some of the songs you hear on the radio today, but there are still some groups who do it the real way.
Pentium Iii Disturbs Privacy Essay Research Paper
The recent release of the Intel Pentium III has consumers as well as businesses concerned about the privacy of the computer world. The controversial issue is a feature in the Pentium III chip known as a Processor Serial
Bus And Lcd Module Interfacing Essay Research
Paper Introduction In this lab we learned how to use two different sources to control an LCD module. The two sources were both hooked to the LCD at the same time. An enable line was used to choose which source the LCD received the information from. Design Description Our first step in this design was to derive the equations for the counter.
Disney Land Essay Research Paper Welcome to
Disney Land Essay, Research Paper Welcome to the number one vacation destination on earth! There’s enough magic here to fill your entire vacation. In this wonderful kingdom timeless tales of fantasy and your favorite Disney Characters come to life in seven magical lands. A quick flip through these pages, and you’ll discover why you won’t want to go anywhere else.
Media Censorship Essay Research Paper Today there
Media Censorship Essay, Research Paper Today there is much controversy over whether there should or shouldn’t be censorship of the media. Censorship should not be imposed on citizens by the government or other agencies; adults have a right to view or listen to what they choose. Additionally, if children’s media is censored, parents are the ones to monitor and regulate it.
Osmosis Its A Bit Poo Essay Research
Paper Plan In my experiment, I plan to find out whether the concentration of sugar in water affects how much water will go in to a potato chip. I will do this by having twelve test tubes three with one molar of sugar solution, three with ? molar sugar solution, three with ? molar sugar solution and three with zero molar sugar solution.
The Use Of The VChip Essay Research
Paper The Use of the V-chip: Insightful Tool or Blatant Censorship? Recently, there has been widespread debate over the use of a new form of technology that may be coming to a television set near you in the very near future. In fact, some say this new technology, known as the V-chip (the V stands for violence ) may finally filter out the trash programming that infests the average television set and reaches millions of impressionable children each and every day.
The Electric Ant By Philip K Dick
Essay, Research Paper In the short story The Electric Ant, Philip. K. Dick is expressing his sarcastical opinion of man in society and man’s inability to distinguish between the truth and fantasy. Using his main character’s life, Garson Poole, the author illustrates teh delusion of mankind’s freedom. This delusion is demonstrated by three components of Garson’s life: his automated reality chip, and his emotional and physical makeup as an oranic robot.
Osmosis In Tomatos Essay Research Paper This
Osmosis In Tomatos Essay, Research Paper This graph shown above gives the line of best fit for the percentage change in mass of the potato chips over the course of the thirty minute experiment. The graph is a curve that slopes downwards and does not go through the origin. Because the line is not straight and does not pass through the origin, it means that the percentage gain and loss in mass and concentration are not directly proportional.
Disrespect Essay Research Paper DisrespectWhen television first
Disrespect Essay, Research Paper Disrespect When television first emerged, sitcoms like Leave It To Beaver portrayed loving children who would have never dreamed of disobeying someone with authority. But as we flip through the channels today, we see pictures of children screaming at their parents, students hitting teachers, and juveniles running from the law.
The VChip Essay Research Paper The VChipWhat
The V-Chip Essay, Research Paper The V-Chip What is a V-chip? This term has become a buzz word for any discussion evolving telecommunications regulation and television ratings, but not too many reports
VChip Essay Research Paper The VChipOn February
V-Chip Essay, Research Paper The V-Chip On February 8, 1996, President Clinton signed into law the Telecommunications Act of 1996, which dramatically altered the telecommunications industry over the next several years. One of the most controversial sections of the bill was Section 551, titled “Parental Choice in Television Programming,” which calls for manufacturers to include a “V-chip” in every new TV set 13 inches or larger.
Production Of Silicon Chips Essay Research Paper
Inside every modern computer or other data-processing wonder is a microprocessor bearing millions of transistors sculpted from silicon y chemicals and light. Silicon, the second most abundant element on
Encryption Who Holds The Keys Essay Research
Paper Encryption: Who Holds the Keys? In an opinion that prophetically predated the computer age, Supreme Court Justice Louis Brandeis warned, “Ways may some day be developed by which the government, without removing papers from secret drawers, can reproduce them in court” (Bamford 3).
The Old Red Rocking Horse Essay Research
Paper The Old Red Rocking Horse Gifts that have sentimental value are worth more than diamonds. As I sit here looking at my old wooden rocking horse that my grandmother made so lovingly for me as a child, I see that it looks worn and the shine of the new paint is no more. The red saddle does not sparkle like it once did, and the white paint is starting to chip off, leaving the bare wood showing through.
Television 2
Television’s Effects On Children Essay, Research Paper Television’s Effects on Children The American Psychological Association released a warning today about television’s generally negative effects on children.
The Debate Over The Communications Act Essay
, Research Paper The Telecommunications Act of 1996 was the biggestoverhaul of telecommunications regulation since the original Communications Act of 1934. This actdrastically changed modern communications laws. The Telecommunications Bill was proposed by Senator James Exon, of Nebraska, and Senator Slade Gorton, of Washington, on February 1,1995.
Censorship Of Television Essay Research Paper On
Censorship Of Television Essay, Research Paper On one hand parents argue that violence on television causes agression in their children, on the other hand, media figures, professionals, and figures of authority say that there is no proof that television influences children. There have been more than a thousand papers published on the effects of media on behavior.
Presentation Skills Essay Research Paper Presentation SkillsEveryone
Presentation Skills Essay, Research Paper Presentation Skills Everyone knows the value of being able to communicate for a team project or the positive results of a well-written proposal. But in the area of Public Relations, you also need to be able to give an effective, professional presentation and in order to conquer this there are several things you should keep in mind.
Dell Business Analysis Essay Research Paper Where
Dell Business Analysis Essay, Research Paper Where are we going? Dell is currently migrating to new technology. They have opened new facilities in Europe and North America to help customers and independent software providers with next generation Internet technologies. They also are gaining rapid experience and know-how into applying the rules of business.
Micro Chips Essay Research Paper The impression
Micro Chips Essay, Research Paper The impression that I have gotten from the latest magazines and websites about microchips is that the chip is definitely the mile stone in computer hardware. Computer chips make up our everyday lives enabling many of the things we use like coffee machines, microwaves, ATMs, and computers work and are reliable for use.
Scholarship Essay Essay Research Paper No greater
Scholarship Essay Essay, Research Paper No greater contribution can be made to a specific field than research that leads to the development of a new and superior technology. Universities and businesses constantly attempt to remain on the cutting edge of new design, manufacturing, and application systems through research and development.
THE TELECOMMUNICATIONS ACT OF 1984 Essay Research
Paper THE TELECOMMUNICATIONS ACT OF 1996 The Telecommunications Act of 1996 by definition : To promote competition and reduce regulation in order to secure lower prices and higher quality services for American telecommunications consumers and encourage the rapid deployment of new telecommunications technologies. (3)
Smart Card And Security Essay Research Paper
What is a Smart Card? A smart card is a card that is embedded with either a microprocessor and a memory chip or only a memory chip with non-programmable logic. The microprocessor card can add, delete, and otherwise manipulate information on the card, while a memory-chip card (for example, pre-paid phone cards) can only undertake a pre-defined operation.
AL Gore Essay Research Paper Today Al
AL Gore Essay, Research Paper Today Al Gore unveiled his new health care vision for the 21st century to expand health care coverage for those who do not have it and improve it for those who do. He focused on his new plan to expand access to affordable health insurance for every child by 2005 and make health coverage more affordable for millions of adults.
Mentor Graphics Essay Research Paper ObjectiveTo complete
Mentor Graphics Essay, Research Paper Objective To complete all aspects of the exercise regarding D type flip-flop, TTL and CMOS and to familiarize us with the HDL software which is Mentor Graphics. This software is capable of constructing and simulating a particular design.
Stock Market Rally Essay Research Paper Wow
Stock Market Rally Essay, Research Paper Wow, what a day on the market today. Technology stocks soared on the news of the new gigahertz processor release. Computer makers like Gateway and Dell saw their shares increase by 68 and 42 percent respectively. Both companies expect the release of this new computer chip to boost sales tremendously.
Computing Power Unleashed Essay Research Paper This
Computing Power Unleashed Essay, Research Paper This article mainly deals with the microprocessor chip, which is the computer’s brain. This computer chip is responsible for the majority of the computers functions, it’s commonly referred
Myths Essay Research Paper Is Information Technology
Myths Essay, Research Paper Is Information Technology a good thing? With the invention of the silicon chip, fiber optic cable and satellite communications the information superhighway is real. This global network of computers makes it possible to move massive amounts of information virtually anyplace.
Adsl Essay Research Paper ADSL has been
Adsl Essay, Research Paper ADSL has been of interest to me for the past couple of years because it enables high-speed data on a single pair of local copper loop. It is phenomenal how it can allow voice and data to run concurrently over the same pair of wire.
Integrated Circuit Essay Research Paper Information technology
Integrated Circuit Essay, Research Paper Information technology, IT, which comprises electronic computer technology and telecommunications technology, in the last few decades have changed our society radically. Behind this development lies a very advanced scientific and technical development originating largely from fundamental scientific inventions in physics.