Was ist ein Flip-Chip-Bonder?
Flip-Chip-Bonder sind Geräte, die zur Montage verschiedener Halbleiterbauelemente auf einem Substrat verwendet werden und eine neue Montagetechnik darstellen, die das herkömmliche Drahtbonden ersetzt. Die auf dem Wafer geformten Halbleiterelemente werden ausgeschnitten (Bare Chip Bonder) und auf das Substrat montiert. Der Name leitet sich von der Tatsache ab, dass die auf einem Wafer gebildeten Halbleiterelemente ausgeschnitten (Bare Chip) und dann umgedreht (Flip) und gebondet werden. Heute wird fast die gesamte Bare-Chip-Montage durch das Flip-Chip-Bonden ersetzt mit seinen vielen Vorteilen ersetzt worden, und die Verwendung des Drahtbondverfahrens nimmt weiter ab.
Anwendungen von Flip-Chip-Bondern
Flip-Chip-Bonder werden zum Bonden und Montieren von Halbleiterbauelementen auf Substraten verwendet. Beim herkömmlichen Drahtbonden können die Ein- und Ausgänge, also die Signaleingangs- und -ausgangspunkte, nur um das Element herum angeordnet werden, Bei der Flip-Chip-Methode kann die gesamte Unterseite des Elements durch E/As ersetzt werden, so dass auch bei kleinen Elementen eine große Anzahl von E/As bereitgestellt werden kann. Bei LEDs, bei denen die Wärmeentwicklung ein großes Problem darstellt, kann die Flip-Chip-Methode außerdem ohne Drähte direkt auf die Platine montiert werden. Dies hat eine Reihe von Vorteilen, wie z. B. die Möglichkeit, die vom Element erzeugte Wärme direkt an die Platine abzuleiten, da es ohne Drähte direkt auf der Platine montiert ist.
Funktionsweise von Flip-Chip-Bondern
Die Elemente werden aus dem Wafer, auf dem die Halbleiterelemente geformt werden, herausgeschnitten und vom Sortierer (Arranger) im Flip-Chip-Bonder auf dem Inverter angeordnet, wo sie invertiert werden. Die invertierten Elemente werden dann von einem Crimper (Kopf) entfernt. Die invertierten Elemente werden dann von einem Crimper (Kopf) entfernt und mit hoher Präzision durch Bildverarbeitung auf dem Substrat platziert. Das Element wird dann durch den Kopf direkt auf das Substrat gepresst, und bei dem derzeit weit verbreiteten Ultraschallverfahren werden Ultraschallwellen über den Kopf auf die Rückseite des Elements übertragen. Die Ultraschallwelle wird über den Kopf auf einen hervorstehenden Anschluss, einen so genannten Bump, auf der Rückseite (Substratseite) des Elements übertragen, der sofort in das Verdrahtungsmuster eingeschmolzen wird, um eine elektrische Kontinuität zu erreichen. In einigen Fällen kann Underfill-Harz verwendet werden. In solchen Fällen werden das Element und das Substrat mit leitfähigem Klebstoff statt mit Ultraschall geklebt.
Das Flip-Chip-Bonden und das herkömmliche Drahtbonden haben die folgenden Vorteile:
- Sehr hoher Durchsatz, da die Drähte in einer Charge gebondet werden können, im Gegensatz zum Verbinden der einzelnen E/As auf einmal.
- Hohe Integration ist möglich, da die Chips zusammengebondet werden (Chip-on-Chip) und kein Platz für Drähte an der Peripherie benötigt wird.
- Geringe Dämpfung von Hochfrequenzsignalen und Signalverluste durch Drähte, daher geeignet für Hochgeschwindigkeitssignalverarbeitung.