Laser-induceret Forward Transfer for Flip-chip Pakning af Single Dies

Summary

Vi demonstrere brugen af ​​Laser-induceret Forward Transfer (LIFT) teknik til flip-chip samling af optoelektroniske komponenter. Denne fremgangsmåde giver en enkel, omkostningseffektiv, lav temperatur, hurtig og fleksibel løsning for fine pitch bumpe og limning på chip-skala for at opnå høj tæthed kredsløb til optoelektroniske applikationer.

Abstract

Flip-chip (FC) emballagen er en nøgleteknologi for at realisere høj ydeevne, ultra-miniaturiserede og high-density kredsløb i mikro-elektronik industri. I denne teknik chippen og / eller substratet stød og de to er bundet via disse ledende bump. Mange ramlede teknikker er blevet udviklet og intensivt undersøgt siden indførelsen af FC-teknologi i 1960 ¹ som stencil trykning, stud bumpe, fordampning og strømløs / galvanisering ^2. Trods de fremskridt, disse metoder har gjort de lider alle af en eller flere end én ulemper, der skal løses, såsom omkostninger, komplekse bearbejdningstrin, høje forarbejdningstemperaturer, fremstilling tid og vigtigst den manglende fleksibilitet. I dette papir, viser vi en enkel og omkostningseffektiv laserbaseret bump danner teknik kendt som laserinduceret Forward Transfer (elevator) ^3. Brug af løfteren teknik en bred vifte af bump materialer kan be trykt i et enkelt trin med stor fleksibilitet, høj hastighed og præcision ved stuetemperatur. Desuden LIFT muliggør ramlede og limning ned til chip-skala, som er afgørende for at fabrikere ultra-miniature kredsløb.

Introduction

Laser-induceret Forward Transfer (LIFT) er en alsidig direkte skrive additiv fremstillingsmetode til éntrins mønster definition og materialeoverførsel med micron og sub-micron-opløsning. I dette papir, vi rapporterer brugen af ​​LIFT som ramlede teknik til flip-chip emballage lodret hulrum overflade udsender lasere (VCSEL'er) på en chip-skala. Flip-chip er en nøgleteknologi i systemet pakning og integration af elektroniske og optoelektroniske (OE) komponenter. For at opnå tætte integration af komponenter fine pitch binding er afgørende. Selv fine pitch bonding er blevet påvist ved nogle af de standard teknikker, men der er et tomrum med hensyn til at kombinere sammen de andre vigtige funktioner såsom fleksibilitet, omkostningseffektivitet, hastighed, præcision og forarbejdning temperatur lav. For at opfylde disse krav demonstrere vi LIFT-assisteret termo-kompression bonding metode til fine pitch limning af OE-komponenter.

I LIFT, en tynd film af materialet, der skal trykkes (benævnt donor) afsættes på den ene side af en laser-transparent bærende underlag (benævnt bærer). Figur 1 viser det grundlæggende princip for denne teknik. En hændelse laser puls af tilstrækkelig intensitet derefter fokuseret på carrier-donor-interface, der giver skruens kraft til at sende overføre donor pixel fra den bestrålede zone på en anden substrat (kaldet modtager) placeret tæt.

LIFT blev først rapporteret i 1986 af Bohandy som en teknik til at udskrive mikrometerstore kobberkabler til reparation af beskadigede foto-masker ^3. Siden sin første demonstration denne teknik har fået betydelig interesse som en mikro-nano fabrikation teknologi til styret mønsterdannelse og trykning af en bred vifte af materialer, såsom keramiske ^4, CNTs ^5, QDs ^6, levende celler ^7, grafENE ^8, til forskellige formål, såsom biosensorer ^9, OLED ^10, optoelektroniske komponenter ^11, plasmoniske sensorer ^12, organisk-elektronik ¹³ og flip-chip bonding ^14,15.

LIFT giver flere fordele i forhold til de eksisterende flip-chip ramlede og limning teknikker såsom enkelhed, hurtighed, fleksibilitet, omkostningseffektivitet, høj opløsning og nøjagtighed for flip-chip emballage OE-komponenter.

Protocol

1. LIFT-assisteret Flip-chip Bonding BEMÆRK: Der er tre faser i realiseringen LIFT-assisteret flip-chip forsamlinger, nemlig-mikro-bumpe af substraterne ved hjælp af LIFT teknik, fastgørelse af optoelektroniske chips til de rumlede substrater ved hjælp termo-kompression flip-chip bonding metode, og endelig indkapsling af de bundne forsamlinger. Hver af disse faser er omtalt i de følgende afsnit: Micro-bumpe hjælp LIFT: For donor forberedelse, deponere en tynd film a…

Representative Results

Figur 7 viser et typisk LIV kurve, der blev optaget fra en af de mange flip-chip bonded VCSEL chips. Et godt match mellem den målte optisk effekt til leverandøren citerede værdier angivet velfungerende den bundne enheder efter bonding. Kurverne blev også registreret prioriteret og post-indkapsling og ved sammenligning blev det bekræftet, at indkapslingen ikke havde indvirkning på chippen funktionalitet (som vist i figur 7). Også en sammenligning mellem de IV kurver er konstateret…

Discussion

I dette papir, har vi vist termo-kompression flip-chip bonding af enkelte VCSEL chips ved hjælp af en laser baseret direkte-write teknik kaldet LIFT. Forsamlingen fabrikationstrin involveret trykning af mikro-bump af indium på underlaget kontaktpuderne vha LIFT teknik. Dette blev efterfulgt af termo-kompression flip-chip binding af VCSEL chips til de stødte substrater og endelig deres indkapsling.

Elektrisk, optisk og mekanisk pålidelighed lift-assisteret bundne chips blev vurderet ved a…

Materials

Name of Material/ Equipment	Company	Catalog Number	Comments/Description
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