Skip to main content
main-content

Über dieses Buch

Die Direktmontage ungehäuster Halbleiter auf Substraten bringt als Systemintegrationsverfahren eine neue Qualität in die mikroelektronische Aufbau- und Verbindungstechnik. Für dieses Handbuch wurden die aktuellen Ergebnisse aus den verschiedenen Technologiebereichen der Direktmontage ungehäuster Halbleiter durch den Fachausschuss 4.9 der GME zusammengetragen. Da hier Fachleute aus Industrie und Wissenschaft zusammenarbeiteten, konnten Neuentwicklungen nicht nur aufgezeigt, sondern auch deren Umsetzung und Anwendbarkeit technisch und wirtschaftlich beurteilt werden. Die Bewertung der einzelnen Verfahren hilft bei der Auswahl entsprechender Technologien.

Inhaltsverzeichnis

Frontmatter

1. Einführung

In der Aufbau-und Verbindungstechnik (Packaging) beginnen die üblichen Hierarchiestufen bei den Bauelementen, die mit Subsystemen, Leiterplatten und anderen Substraten die Baugruppen bilden, und gehen über zusammenfassende Rückwandverdrahtungen bis hin zum Schrank oder Gerät. Ziel der Entwicklung ist, die Packungsdichte und Funktionsintegration zu erhöhen und damit die Vorteile der Großintegration der Chips auf die weiteren Aufbauebenen eines Gerätes fortzusetzen, um auch dort die Anzahl an Funktionen pro Flächen-, Volumen-oder Gewichtseinheit zu erhöhen.
Herbert Reichl

2. Chip und Chippräparation

Mit der Verarbeitung ungehäuster Integrierter Schaltkreise tut sich für den Verar­beiter ein ganz neuer Problemkreis auf, der ihn bisher nicht berührte. Er erweitert nämlich sein Fertigungsspektrum in Richtung IC-Technologie und begibt sich auf das angestammte Gebiet des Halbleiterherstellers. Dort sind im sogenannten Halbleiter-Backend-Prozeß die Chipmontageverfahren zur Herstellung von Ein­zelgehäusen angesiedelt, die jetzt direkt für die Montage der Systeme angewandt werden sollen. In Abb. 2.1. ist diese Problematik stichpunktartig dargestellt.
Herbert Reichl

3. Montage-und Kontaktiertechnologien

Der konventionelle technologische Aufbau von elektronischen Schaltungen mit ungehäusten Halbleiterchips erfolgt mit dem Die-und Drahtbonden (Chip and Wire). Die Halbleiterchips werden auf dem Substratträger montiert und anschließend die Anschlußpads mittels Drahtbonden kontaktiert. Für die Chip-Montage werden das Kleben (Ag-Epoxy), das eutektische Bonden (Au/Si), das Löten (PbSn60, In) sowie das Verkleben mit PE-Folie eingesetzt, wobei das Befestigen durch Löttechniken ausschließlich im Leistungshalbleiterbereich genutzt wird. Das Drahtbonden erfolgt entweder mittels Ultraschallbonden (Al-Draht) oder Thermosonicbonden (Au-Draht). Auf Grund des Bondens bei Raumtemperatur mit Al-Draht hat das US-Bonden (Wedge/Wedge-Bonding) gegenüber dem TSBonden (Ball/Wedge-Bonding) mit Au-Draht technologische Vorteile. Jedoch ist die Produktivität des TS- Ball/Wedge- Bondens gegenüber dem US-Bonden 3… 4 mal so hoch. Die Wire- Bond-Technik wird als Kontaktierungstechnik weiterentwickelt und erschließt auch bei 50… 60 µm I/O Pitch und >1000 I/O’s (20 mm x 20 mm Chip) Anwendungsfelder. Der grundsätzliche Ablauf bei der Chip and Wire - Technik ist in Abb. 3.1 dargestellt.
Herbert Reichl

4. Modellierung und Simulation von Einbaufällen

Simulationsverfahren bilden ein wesentliches Hilfsmittel bei der Entwicklung und Optimierung von Direktmontagetechniken. Durch die Modellierung der physikalischen Vorgänge bei den Chipmontage-und Kontaktierungsprozessen sowie des Verhaltens der montierten Bauelemente im Betrieb mit numerischen Verfahren lassen sich Aussagen gewinnen, die andernfalls nur durch den zeitaufwendigen Aufbau von Testmustern und deren meßtechnischer Untersuchung zu gewinnen wären.
Herbert Reichl

5. Produktbeispiele aus den Montagetechnologien

Der vorliegende Abschnitt soll beispielhaft aufzeigen, daß die Direktmontage von Si-oder anderen Chips in elektronischen Komponenten und Systemen erfolgreich eingesetzt wird. Dabei entstehen beim erstmaligen Einsatz dieser Technologien eine Reihe neuer zu lösender Aufgabenstellungen Anhand einiger ausgewählter Beispiele aus verschiedenen Unternehmen, Anwendungsgebieten, Stückzahl-und Preisklassen wird die Anwendungsbreite der verschiedenen Montagetechnologien demonstriert. Auf diese Weise soll die verstärkte Nutzung von Technologien der Direktmontage angeregt werden.
Herbert Reichl

6. Vergleich der Kontaktierungstechniken ungehäuster ICs

Die Vielzahl und der Aufwand der beschriebenen Technologien macht eine sorgfaltige Auswahl durch den Anwender notwendig.
Herbert Reichl

7. Ausblick auf verwandte Montageverfahren

Die Bauelementetypen Ball Grid Array (BGA) und Chip Size Package (CSP) gehören im eigentlichen Sinne nicht zu den ungehäusten ICs. Kennzeichnend für diese Gehäuseformen ist das Fehlen der Anschlußbeinchen. Sie stellen aufgrund der flächenförmigen Anordnung der Kontakte unter dem Bauelement die Schnittstelle zwischen Flipchip-und SMT-Bauteilen dar. Sie vereinigen die Vorteile der einfachen Plazierung durch Verwendung robuster Lotkugeln mit einem entspannten Anschlußraster durch die flächenhafte Anordnung der Kontaktanschlüsse.
Herbert Reichl

Backmatter

Weitere Informationen