Die Hauptaufgabe der Verbindungstechnologien ist es, einzelne Komponenten und Teilsysteme in einem funktionsorientierten elektronischen Gesamtsystem zu vereinigen.
Das Packaging ist heute maßgeblich verantwortlich für die Funktionalität, Qualität und Wirtschaftlichkeit von mikroelektronischen Standardprodukten.
Damit bestimmen insbesondere die verwendete Technologie, die Materialauswahl und der Aufbau des Systems, die Größe, das Gewicht, die Leistungsfähigkeit, die Handhabbarkeit, die Zuverlässigkeit und zuletzt auch den Marktpreis des entsprechenden Produktes. Diese Parameter beeinflußen endscheidend den Markterfolg.
Ein weiterer entscheidender Einflußfaktor für die Neu- und Weiterentwicklung des Packaging ist die dynamische Entwicklung in der Halbleiter- Technologie.
In dieser Studienarbeit soll weiterhin die Umstellung von bleihaltigem auf bleifreies Lot implementiert werden.
Für die Hersteller von elektronischen Komponenten bricht ab Mitte 2006 eine neue Ära an, denn mit Wirkung zum 01. Juli 2006 treten die neuen EU Richtlinien 2002/95/EG (Verordnung über die Beschränkung der Verwendung bestimmter gefährlicher Stoffe in Elektro- und Elektronikgeräten) und 2002/96/EG (Verordnung über Elektro- und Elektronik-Altgeräte) in Kraft. Diese Richtlinien verbieten das Neuinverkehrbringen von Geräten die giftige Metalle, wie Blei, Quecksilber, Cadmium, sechswertiges Chrom oder bromierte Flammschutzmittel, enthalten.
Inhaltsverzeichnis
1 Einführung
2 Nasschemische Abscheidung
2.1 Aufbau des Abscheidungstools
2.2 Notwendige Wafervorbereitungen für die Flip Chip Technologie
2.3 Analyse der Abscheidungsparameter
2.4 Einflüsse der elektrochemischen Spannungsreihe der Metalle
2.5 Stromloses nasschemisches Abscheiden von Ni/ Au auf Kupfer
2.6 Stromloses nasschemisches Abscheiden von Ni/ Au auf Aluminium
2.6.1 Abscheidungsversuche auf an der FHL bedampften 3 Zoll Wafern
2.6.2 Abscheidungsversuche auf Alustäben und Aluplatten
2.6.3 Abscheidung auf 4 Zoll Prozess- Wafern von Infineon Technologies
3 Flip-Chip-Hardwarekomponenten
3.1 Positionierungstool CCD-ATC-CNC (Bungard)
3.1.1 Positionierung der Platine
3.1.2 Ansteuerung mittels FillPro
3.2 Dispensanlage EFD 1000XL
3.3 Reflow-Ofen
3.4 SMD - Positionierungs- und Bestückungstool
3.5 Weitere Komponenten (Nadeln, Lotpaste...)
3.5.1 Dispensnadeln
3.5.2 Lotpaste
3.5.3 Platine
4 Theoretische Vorbetrachtung
4.1 Der Flip-Chip-Prozess
4.2 Grundlegende Verwendungseigenschaften von bleihaltigem Lot
4.3 Grundlegende Verwendungseigenschaften von bleifreiem Lot
4.4 Patentschriften zur Flip- Chip Technologie
5 Praktische Durchführung des Verbindungsprozesses
5.1 Der Flip-Chip-Prozess in der praktischen Durchführung
5.2 Test der mechanischen und elektrischen Lötverbindung
6 Fazit und Ergebnisse
Zielsetzung & Themen
Die vorliegende Studienarbeit verfolgt das Ziel, den Flip-Chip-Prozess sowie die Umstellung von bleihaltigem auf bleifreies Lot im Labormaßstab zu untersuchen und zu implementieren, um eine prozesssichere Verbindungstechnik zu etablieren.
- Untersuchung und Optimierung der nasschemischen Abscheidung von Nickel/Gold auf Kupfer und Aluminium.
- Aufbau und Validierung der notwendigen Hardware-Infrastruktur für den Dispens- und Reflow-Prozess.
- Analyse der prozesstechnischen Unterschiede zwischen bleihaltigen und bleifreien Lotmaterialien.
- Durchführung und Auswertung von mechanischen und elektrischen Tests zur Qualitätssicherung der Lötverbindungen.
Auszug aus dem Buch
1 Einführung
Die Hauptaufgabe der Verbindungstechnologien ist es, einzelne Komponenten und Teilsysteme in einem funktionsorientierten elektronischen Gesamtsystem zu vereinigen. Das Packaging ist heute maßgeblich verantwortlich für die Funktionalität, Qualität und Wirtschaftlichkeit von mikroelektronischen Standardprodukten.
Damit bestimmen insbesondere die verwendete Technologie, die Materialauswahl und der Aufbau des Systems, die Größe, das Gewicht, die Leistungsfähigkeit, die Handhabbarkeit, die Zuverlässigkeit und zuletzt auch den Marktpreis des entsprechenden Produktes. Diese Parameter beeinflußen endscheidend den Markterfolg. Ein weiterer entscheidender Einflußfaktor für die Neu- und Weiterentwicklung des Packaging ist die dynamische Entwicklung in der Halbleiter- Technologie.
Die Miniaturisierung wird dabei hauptsächlich durch zwei Technologien vorangetrieben die beide auf einer direkten Chipmontage basieren: das Die- und Drahtbonden und das Area Array Packaging, zu welchem zum Beispiel BGA und auch die Flip Chip Technologie gehören.
Die Flip-Chip Technologie nimmt in der Mikrosystemtechnik eine bedeutende Rolle ein, da in einem Flip- Chip- Package der Chip wie bereits beschrieben ohne weitere Anschlussdrähte montiert wird. Dies führt zu entsprechend geringen Abmessungen des Packages, was die benötige Fläche einschränkt und somit die Integration und Kosten verbessert. Zusätzlich entsteht ein deutlicher Zeitgewinn gegenüber den Einzelverbindungen beim Drahtbonden.
Zusammenfassung der Kapitel
1 Einführung: Das Kapitel erläutert die Bedeutung der Verbindungstechnologien und des Packagings in der Mikrosystemtechnik sowie die Motivation für den Übergang zu bleifreien Loten aufgrund neuer EU-Richtlinien.
2 Nasschemische Abscheidung: Es wird der experimentelle Prozess zur Metallisierung von Wafern und Leiterplatten beschrieben, wobei insbesondere die Herausforderungen bei der Aktivierung und Abscheidung auf Kupfer und Aluminium behandelt werden.
3 Flip-Chip-Hardwarekomponenten: Dieses Kapitel detailliert die im Labor verwendeten Geräte, wie das Positionierungstool und die Dispensanlage, sowie die notwendigen Schritte zur Platinenfertigung und Lotaufbringung.
4 Theoretische Vorbetrachtung: Hier werden die wissenschaftlichen Grundlagen des Flip-Chip-Prozesses sowie die Materialeigenschaften von bleihaltigen und bleifreien Lotlegierungen gegenübergestellt.
5 Praktische Durchführung des Verbindungsprozesses: Der Autor beschreibt die praktische Umsetzung des Lötprozesses, inklusive der Herausforderungen bei der Ausrichtung und die Durchführung anschließender Belastungstests.
6 Fazit und Ergebnisse: Das Kapitel fasst die gewonnenen Erkenntnisse zusammen, bewertet die Machbarkeit der Flip-Chip-Technologie im Labormaßstab und gibt Empfehlungen für weiterführende Arbeiten.
Schlüsselwörter
Flip-Chip-Bonden, Nasschemische Abscheidung, bleifreies Lot, Leiterplattenfertigung, Reflow-Löten, Packaging, Mikrosystemtechnik, Dispensprozess, Lotpaste, Halbleitertechnik, Kontaktierung, RoHS-Richtlinie, Schmelzpunkt, Justage, Abschertest.
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in dieser Studienarbeit grundsätzlich?
Die Arbeit befasst sich mit der Implementierung und Analyse der Flip-Chip-Bondtechnologie unter Verwendung von Laborgeräten an der Fachhochschule Lausitz, mit einem besonderen Fokus auf die Umstellung von bleihaltigen auf bleifreie Lotmaterialien.
Welche zentralen Themenfelder werden bearbeitet?
Die zentralen Schwerpunkte liegen auf der nasschemischen Metallabscheidung, der Hardwarekonfiguration für Dispens- und Bestückungsprozesse, der theoretischen Betrachtung von Lotlegierungen und der praktischen Erprobung der Verbindungstechnik.
Was ist das primäre Ziel der Arbeit?
Das primäre Ziel ist es, die Machbarkeit der Flip-Chip-Montage im Laborumfeld zu demonstrieren und die Herausforderungen sowie Möglichkeiten beim Übergang zu bleifreien Prozessen systematisch aufzuarbeiten.
Welche wissenschaftlichen Methoden kommen zum Einsatz?
Es werden experimentelle Versuchsreihen zur Parameteroptimierung der chemischen Bäder und des Dispensvorgangs durchgeführt, ergänzt durch mechanische Belastungstests (Abschertests) und elektrische Messungen zur Funktionsprüfung.
Was wird im Hauptteil der Arbeit behandelt?
Der Hauptteil gliedert sich in die detaillierte Beschreibung der nasschemischen Abscheidungsverfahren, die Hardware-Komponenten wie Positionierungstools und Reflow-Öfen sowie die theoretischen Grundlagen des Flip-Chip-Prozesses.
Welche Schlüsselbegriffe charakterisieren die Arbeit?
Wichtige Begriffe sind Flip-Chip-Bonden, nasschemische Abscheidung, bleifreies Lot, Prozessparameter, Justage, Reflow-Verfahren und Zuverlässigkeitsprüfung.
Welche Rolle spielt die Zinkatbehandlung in diesem Prozess?
Die Zinkatbehandlung ist essenziell bei der Abscheidung auf Aluminium, da sie die Oberfläche für die anschließende autokatalytische Nickelabscheidung aktiviert, wobei die Dauer kritisch ist, um eine vollständige Abtragung des Aluminiums zu verhindern.
Warum ist das Dispensen von bleifreien Pasten theoretisch komplexer?
Bleifreie Lote besitzen in der Regel höhere Schmelzpunkte und ein anderes Fließverhalten, was die Justierung und den Reflow-Prozess thermisch belastender macht und eine präzisere Werkzeugführung erfordert, da der ausgleichende Effekt der Selbstjustierung geringer ausfällt.
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- Marcel Wittek (Author), 2006, Flip Chip Bonden - Umstellung auf bleifreie Lotmaterialien, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/87357
