Thermosonic Flip-Chip – lötfreie Verbindungstechnologie mit geringerer Temperatur und Kraft, ideal für empfindliche Materialien und höchste Präzision.
Thermosonic Flip-Chip-Bonden ist eine fortschrittliche, lötfreie Technologie für Flächen-Array-Verbindungen. Dabei werden ICs mit Goldbumps präzise mit vergoldeten Pads auf dem Substrat verbunden. Der Prozess ist einfach, sauber und trocken – vergleichbar mit dem Thermokompressionsbonden, jedoch mit deutlich geringerem Bonddruck und niedrigerer Temperatur durch den Einsatz von Ultraschallenergie.
Ursprünglich aus dem Drahtbonden bekannt, bietet das Thermosonic-Verfahren große Vorteile auch für Die-Attach-Anwendungen. Während reines Thermokompressionsschweißen oft Temperaturen von über 300 °C erfordert – ein Risiko für Verpackungsmaterialien, Laminate und empfindliche Chips – kombiniert das Thermosonic-Bonden die Vorteile von Thermokompressions- und Ultraschallschweißen. Dadurch lassen sich Temperatur und Bondkraft erheblich reduzieren: typischerweise 100–160 °C und 20–50 g pro Bump. So wird eine schonende, zuverlässige und hochpräzise Verbindung für die Mikroelektronik ermöglicht.
Der Thermosonic-Prozess beginnt damit, dass das Substrat auf einem beheizten Tisch liegt und durch Vakuum in Position gehalten wird. Der Chip wird durch das Vakuum-Pickup-Werkzeug gehalten. Nach der Ausrichtung mit der Strahlteiler Optik (Abbildung 3) wird der Chip mit seinen Au-Bumps mit dem Substrat in Kontakt gebracht. Nachdem die erforderliche Bondkraft erreicht ist, wird eine Ultraschallschwingung für eine vorbestimmte Zeitdauer angewendet, um den Prozess abzuschließen.
Die Parallelität des Ultraschallwerkzeugs in Bezug auf das Substrat ist ein sehr wichtiger Parameter, um ein gutes Ergebnis zu erzielen. Eine Fehlausrichtung kann zu einer ungleichmäßigen Kraftverteilung führen, die eine Verbindung auf Seite A und eine unzureichende Verbindung auf Seite B zur Folge hat (Abbildung 4). Dr. Tresky’s True Vertical Technology™ garantiert stabile und genaue Parallelität über den gesamten Z-Hub (Abbildung 5). In Kombination mit der aktiven Kraftmessung wird auf jeder Höhe ein perfektes Ergebnis erzielt (Abbildung 6).
Kraft, Zeit, Temperatur und Ultraschallleistung sind entscheidende Parameter, die den Bondprozess maßgeblich beeinflussen und bei Systemen von Dr. Tresky individuell programmiert werden können. Grundsätzlich gilt: Eine höhere Verbindungskraft, erhöhte Temperatur, stärkere Ultraschallleistung (größere Amplitude der Schwingung) sowie längere Schwingungszeit führen zu einem stärkeren Zusammenbruch der Bumps und damit zu einer höheren Verbindungsfestigkeit. Gleichzeitig ist es jedoch entscheidend, das Risiko elektrischer Kurzschlüsse zwischen benachbarten Bumps sowie potenzieller Schäden an der Matrize sorgfältig zu berücksichtigen.
