Laser-indusert Forward Transfer for Flip-chip Pakking av Enkelt Dies

Summary

Vi demonstrere bruk av laser-indusert Forward Transfer (LIFT) teknikk for flip-chip montering av optiske komponenter. Denne tilnærmingen gir en enkel og kostnadseffektiv, lav temperatur, rask og fleksibel løsning for finraster bumping og bonding på chip-skala for å oppnå høy tetthet kretser for optoelektroniske applikasjoner.

Abstract

Flip-chip (FC) emballasje er en viktig teknologi for å realisere høy ytelse, ultra-miniatyrisert og høy tetthet kretser i mikro-elektronikk industrien. I denne teknikken brikken og / eller substratet er truffet, og de to er bundet via disse ledende støt. Mange bumping teknikker har blitt utviklet og intensivt undersøkt siden innføringen av FC-teknologien i 1960 ^en som sjablong utskrift, stud bumping, fordampning og electro / galvanisering ^2. Til tross for fremgang at disse metodene har gjort de alle lider av en eller flere enn én ulemper som må tas opp som kostnader, komplekse behandlingstrinn, høye prosessering temperaturer, produksjon tid og viktigst mangel på fleksibilitet. I denne artikkelen viser vi en enkel og kostnadseffektiv laserbaserte bump forming teknikk kjent som Laser-indusert Forward Transfer (LIFT) ^3. Bruke LIFT teknikken et bredt spekter av bump materialer kan be trykt i en enkelt trinn med stor fleksibilitet, høy hastighet og nøyaktighet ved RT. I tillegg gjør LIFT bumping og bonding ned til chip-skala, som er avgjørende for å fabrikkere ultra-miniatyr kretser.

Introduction

Laser-indusert Forward Transfer (LIFT) er en allsidig direkte skrive additiv produksjonsmetode for single-trinns mønster definisjon og materialoverføring med mikron og sub-mikron-oppløsning. I denne artikkelen rapporterer vi bruk av LIFT som en bumping teknikk for flip-chip pakking av vertikal-hulrom overflate-emitting lasere (VCSELs) på en chip-skala. Flip-chip er en viktig teknologi i system emballasje og integrering av elektroniske og optiske (OE) komponenter. For å oppnå en tett integrering av komponenter fine pitch binding er viktig. Selv om fine pitch bonding har blitt demonstrert av noen av de vanlige teknikker, men det er et tomrom når det gjelder å kombinere sammen de andre viktige funksjoner som fleksibilitet, kostnadseffektivitet, hurtighet, nøyaktighet og lav behandling temperatur. For å møte disse kravene viser vi LIFT-assistert termo-komprimering bonding metode for fine pitch liming av OE komponenter.

I LIFT, en tynn film av materialet som skal trykkes (referert til som donor) er avsatt på en flate av en laser-transparent bærer substrat (referert til som den bærer). Figur 1 viser den grunnleggende prinsipp for denne teknikken. En innfallende laserpuls av tilstrekkelig intensitet blir så fokusert på bæreren donor grensesnitt som gir den drivkraft som kreves for å videresende overføre donor piksel fra den bestrålte sonen til et annet substrat (referert til som mottaker) plassert i umiddelbar nærhet.

LIFT ble først rapportert i 1986 av Bohandy som en teknikk for å skrive ut mikron-størrelse kobberlinjer for å reparere skadede foto-masker ^3. Siden den første demonstrasjonen av denne teknikken har fått betydelig interesse som en mikro-nano fabrikasjon teknologi for kontrollert mønster og utskrift av et bredt spekter av materialer som keramikk ^4, CNTs ^5, QDS ^6, levende celler ^7, grafEne ^8, for diverse applikasjoner som bio-sensorer ^9, OLED ^10, optiske komponenter ^11, Plasmonic sensorer ^12, organisk-elektronikk ¹³ og flip-chip bonding ^14,15.

LIFT tilbyr flere fordeler i forhold til de eksisterende flip-chip bumping og bonding teknikker som enkelhet, hurtighet, fleksibilitet, kostnadseffektivitet, høy oppløsning og nøyaktighet for flip-chip pakking av OE komponenter.

Protocol

1. LIFT-assistert Flip-chip Bonding MERK: Det er tre stadier involvert i å realisere LIFT-assistert flip-chip forsamlinger, nemlig-mikro-bumping av underlag ved hjelp av LIFT teknikk, feste optoelektroniske chips til de bumped underlag ved hjelp av termo komprimering flip-chip bonding metode, og endelig innkapsling av de limte sammenstillingene. Hver av disse fasene er omtalt i følgende avsnitt: Micro-bumping hjelp LIFT: For donor preparat, avsette en tynn film av donor…

Representative Results

Figur 7 viser en typisk LIV kurve som ble tatt fra en av de mange flip-chip limt VCSEL chips. En god kamp mellom den målte optisk effekt til leverandøren sitert verdiene angitt vellykket funksjon av limt enheter post-binding. Kurvene ble også registrert fØr og etter innkapsling, og ved sammenligning ble det bekreftet at innkapslingsmiddelet hadde ingen innvirkning på chip-funksjonalitet (som vist i figur 7). Også, resulterte en sammenligning mellom IV kurver noterte for flip-chip …

Discussion

I denne artikkelen har vi vist termo-komprimering flip-chip liming av enkelt VCSEL chips ved hjelp av en laserbasert direkte skrive teknikk kalt LØFT. Forsamlingen fabrikasjon trinnene involvert utskrift av mikro humper av indium på underlaget kontakt pads bruker LIFT teknikk. Dette ble etterfulgt av termo-komprimering flip-chip liming av VCSEL chips til de bumped underlag og til slutt deres innkapsling.

Elektro, optisk og mekanisk pålitelighet av heisen-assistert limt chips ble evaluert …

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