Technologien
DIE Attach/DIE Bonding
im Überblick
DIE Attach oder auch DIE Bonding ist der Oberbegriff des Prozesses zur dauerhaften Verbindung eines Halbleiterchips mit einem Substrat, Package, Wafer oder einem anderen Bauteil.
Epoxy/Adhesive DIE Bonden
Eines der gängigsten Verfahren zum Herstellen einer Verbindung zwischen Chip und Substrat, bietet der Klebeprozess. Nach dem Aufbringen des Leitklebers, häufig Epoxid-Kleber (kurz Epoxy), mittels unterschiedlicher Verfahren (Nadeldosierung, Stamping, Jetting etc.) wird der Chip durch den Bondkopf in den flüssigen Kleber gesetzt. Im Anschluss härtet der Kleber innerhalb einer definierten Zeit aus. Unterstützt und beschleunigt werden kann der Prozess durch z.B. Wärme oder UV-Licht.
Variable Parameter
- Klebermenge
- Dosiermuster
- Anpressdruck
- Bondzeit
Vorteile
- Anpressdruck
- Bondzeit
UV DIE Bonden
UV DIE Bonding ist eine spezielle Verbindungstechnologie, bei der flüssiger Kleber mittels ultraviolettem (UV) Licht ausgehärtet wird. Im Gegensatz zum Epoxy, welcher je nach Kleberart unterschiedliche Zeiten und Temperaturen zum Aushärten benötigt, bleibt der UV-Kleber hingegen so lange im flüssigen Aggregatzustand, bis er einer hochenergetischen UV-Strahlung ausgesetzt wird.
Die Vorteile dieser Technologie liegen darin, dass der UV-Kleber nicht ohne Weiteres aushärtet bis proaktiv die UV-Lichtquelle eingesetzt wird und er andererseits eine deutlich kürzere Aushärtungsdauer – meist nur wenige Sekunden – aufweist.
Diese Technologie kommt häufig bei Inline-Prozessen sowie bei temperatursensiblen Bauteilen zum Einsatz.
Variable Parameter
- Klebermenge
- Dosiermuster
- Anpressdruck
- Bondzeit
Vorteile
- Geringer Anpressdruck auf den Chip
- Geringe bis keine thermische Belastung des Chip
- Frei definierbarer Aushärtezeitpunkt
- Schnelle Aushärtung
Ultraschall Bonden (US Bonding)
Das Ultraschallbonden ist ein Bonding Verfahren zur Herstellung einer elektrisch leitenden und mechanisch stoffschlüssigen Verbindung, zwischen einem Chip und einem Substrat. Bei dem Kaltreibschweißverfahren wird durch Druck und Ultraschallschwingung (Reibung) ein elektrisch leitender Kontakt hergestellt.
Da das Verfahren im Gegensatz zum Thermosonic Bonden bei Raumtemperatur eingesetzt werden kann, ist keine zusätzliche Substratheizung notwendig. Temperaturempfindliche oder schwierig zu erwärmende Bauelemente können mittels Ultraschallbonden kontaktiert werden.
Variable Parameter
- Bondkraft (Druck)
- Ultraschallleistung (Energie)
- Frequenz (Schwingung)
- Bondzeit
Vorteile
- Reduzierung der Bondzeit
- Keine zusätzliche Wärme notwendig
Thermokompressionsbonden (TC Bonding)
Das Thermokompressionsbonden ist ein elektrisch leitender, mechanisch fester und flussmittelfreier Verbindungsprozess. In den meisten Fällen wird beim TC Bonden ein FlipChip mit Bumps auf ein Substrat mit Pads gesetzt. Durch das Einbringen einer Kraft und Temperatur über eine definierte Zeit entsteht eine elektrisch leitende Kontaktierung.
Das TC Bonding eignet sich besonders für HF & optoelektronische Bauelemente, Chip zu Chip und Chip zu Wafer Anwendungen. Als typische Legierungsverbindungen sind hier Au-Au und Au-Si zu nennen.
Variable Parameter
- Bondkraft (Druck)
- Temperatur
- Bondzeit
Vorteile
- Hohe Bondfestigkeit
- Elektrisch leitende
- Bondverbindung
Metallisches Sinter Bonden
DIE Attach oder auch DIE Bonding ist der Oberbegriff des Prozesses zur dauerhaften Verbindung eines Halbleiterchips mit einem Substrat, Package, Wafer oder einem anderen Bauteil.
Beim Sinterfahren wird der Chip durch Silberpaste mit dem Substrat nicht nur elektrisch sondern auch thermisch sehr gut gebondet. Dies geschieht unter Zuhilfenahme von Wärme (über 220 °C) sowie einem Druck von mindestens 50 bar bis zu 300 bar. Hierbei werden die Silberpartikel durch Diffusionprozesse miteinander verbunden. Vorteil gegenüber normalen Lötprozessen ist die sehr hohe thermomechanische Stabilität, welche vor allem in der Leistungselektronik benötigt wird.
Dispensen von Haftvermittler für die Montage von Hochleistungsmodulen
DIE Attach oder auch DIE Bonding ist der Oberbegriff des Prozesses zur dauerhaften Verbindung eines Halbleiterchips mit einem Substrat, Package, Wafer oder einem anderen Bauteil.
Ein Haftvermittler kann verwendet werden, um Preforms, DIEs oder Chips nach dem Ablegen auf dem Substrat zu positionieren und zu fixieren. Dadurch wird verhindert, dass sich das platzierte Bauteil beim anschließenden Transport oder bei weiteren Prozessschritten bewegt oder in eine Schieflage geraten kann. Der Vorteil eines Haftvermittlers besteht darin, dass er auf die gedruckte Sinterpaste mittels Dispensen oder Jetten durch den DIE Bonder einfach aufgebracht werden kann. Dies trägt insbesondere zur Verbesserung der Prozesszuverlässigkeit beim Sintern und Vakuumlöten bei.
DIE Stacking
DIE Stacking ist ein Montageprozess, bei dem mehrere Chips übereinander auf ein Substrat gestapelt werden. Diese vertikale Integration erlaubt eine kompakte Anordnung unterschiedlicher Schaltkreise mit unterschiedlichen Abmessungen auf kleinster Fläche wodurch neben der Platzersparnis auch höhere Leistungen im Bauelement erzielt werden, hervorgerufen durch kürzere Signalwege zwischen den Schaltkreisen.
Die Verbindungstechnologien werden den jeweiligen Anforderungen der Applikation angepasst.
Variable Parameter
- Anzahl der Chip in vertikaler Sicht
Vorteile
- Platzersparnis, hohe Chipdichte pro Substrat oder Gehäuse
- Kürzere Signalwege
- Reduzierung der Laufzeiten und des Rauschens
- Mögliche Kombinationen mit der Flip Chip Technologie erhöhen die oben genannten Vorteile
Flip Chip Bonden
Das Flip Chip Bonding ist auch bekannt als C4 Technologie (Controlled Collapse Chip Connection). Es ist ein Verfahren der Aufbau- und Verbindungstechnik (AVT) zur Kontaktierung von ungehäusten Halbleiter-Chips (englisch: bare die) mittels Kugeln – sogenannter „Bumps“.
Bei der Flip-Chip-Montage wird der Chip direkt ohne weitere Anschlussdrähte mit der aktiven Kontaktierungsseite nach unten zum Substrat/Schaltungsträger hin montiert. Daher auch der Name Flip Chip (engl. to flip: umdrehen). Dies führt zu besonders geringen Abmessungen des Gehäuses und kurzen Leiterlängen. Bei sehr komplexen Schaltkreisen bietet diese Technologie oft die einzige sinnvolle Verbindungsmöglichkeit, weil zum Teil mehrere tausend Kontakte realisiert werden müssen. So kann die gesamte Fläche des DIE zur Kontaktierung genutzt werden, im Gegensatz zum Drahtbonden, die dem dies nicht oder nur sehr begrenzt möglich ist, weil sich die Drähte kreuzen und sehr wahrscheinlich miteinander in Berührung kommen würden. Weiterhin werden beim Drahtbonden die Verbindungen nacheinander hergestellt. Bei der Flip Chip Bondtechnik erfolgt die Verbindung aller Kontakte gleichzeitig. Das spart Zeit.
Variable Parameter
- Bondkraft (Druck)
- Temperatur
- Bondzeit
Vorteile
- Hohe Packungsdichte bei geringem Platzbedarf
- Kürzere Signalwege/höhere Frequenzen
- Kein Drahtbonden nötig
DIE Sorting
DIE Sorting ist das Umsortieren von Halbleiter-Chips aus einer Bauteilpräsentation (Source) in eine andere Bauteilpräsentation (Destination). Häufig werden Chips von einem Wafer (Source) in ein Wafflepack (Destination) umsortiert. Es gibt aber auch das umsortieren in Gurte, Gelpacks oder andere Bauteilpräsentationen.
Variable Parameter
- Ablageorte
- Temperatur
- Bondzeit
Vorteile
- Erhöhung der Vielzahl der DIEs für Multichipanwendungen
- Strukturierte Bauteilpräsentation
Eutektisches Bonden
Das eutektische Bonden verbindet Chip und Substrat zu einem eutektischen System, mittels einer Zwischenschicht. Dieses Verbindungsverfahren nutzt beim „Bonding“ die spezifischen Eigenschaften der Einzelstoffe und Legierungsgemische aus. Die häufig angewandte Gold/Zinn (AuSn 80/20) Legierung hat seinen Schmelzpunkt bei 280°C, eine Gold/Silizium (AuSi) Legierung findet seinen Schmelzpunkt hingegen bei 363°C.
Der Vorteil der Legierungskombinationen ist, dass deren Schmelzpunkt deutlich unter dem der Einzelstoffe liegt. Beim Wärmeeintrag bildet sich oberhalb der eutektischen Temperatur eine „Flüssigphase“, die diffusionsbedingt eine Verbindung im atomaren Bereich bewirkt. Ein weiterer wesentlicher Vorteil beim eutektischen Bonden ist, dass Chip und Substrat in einem Prozessschritt elektrisch und mechanisch verbunden werden.
Variable Parameter
- Ablageorte
- Temperatur
- Bondzeit
Vorteile
- Erhöhung der Vielzahl der DIEs für Multichipanwendungen
- Strukturierte Bauteilpräsentation