AuRoFUSE™-Präformen
Au-Partikel-Verbindungstechnologie für Montagen mit hoher Dichte unter Verwendung von AuRoFUSE™, einer Niedertemperaturgebrannten Paste für Gold-Gold-Bindungen
Mit AuRoFUSE™ hat TANAKA auch einen neuen Bonding-Prozess entwickelt (AuRoFUSE™-Präformen). Dabei wird die AuRoFUSE™-Paste vor der Anwendung getrocknet, dadurch lassen sich feste Präformen erzeugen mit 20 Mikrometer breiten Kontakthöckern in einem Abstand von nur vier Mikrometern.
Anwendungen werden im Bereich der optischen Geräte, sowie digitalen Geräte und Fahrzeugkomponenten erwartet.
AuRoFUSE™-Präformen
■Eigenschaften
- Das Bonden ist in sehr engen Abständen realisierbar (bisher kleinstmögliches Ergebnis: 10µm Größe mit 4µm Abstand)
- Das Bonden ist unter relativ niedriger Temperatur, Druck und in relativ kurzer Zeit möglich (Beispiel: 200℃, 20MPa, 10 Sekunden)
- Geringe Verformung in horizontaler Richtung bei zusätzlichem Druckaufwand
- Kann unter Kompression verformt werden
- Da der Grundbestandteil Au ist, treten nur schwer Oxidationen oder Migrationen auf
■Bereitgestelltes Format und Service
- Bereitstellung von AuRoFUSE™, einer Paste aus Rohmaterialien
- Bereitstellung eines Musters einer Trägerplatte mit vorgeformten Preforms
AuRoFUSE™ Preforms, die nur eine geringe Verformung in horizontaler Richtung und ca. 10% Verformung in Kompressionsrichtung nach 10 Sekunden nach ihrer Anbringung bei 200 Grad Celsius und 20 MPA (Megapascal) aufweisen, eignen sich dazu, als Au-Bumps eingesetzt zu werden, da sie eine zureichende Haftfestigkeit für die Praxis besitzen. Außerdem kann man von einer hohen Zuverlässigkeit nach der Montage ausgehen, da der Hauptwerkstoff Au eine hervorragende chemische Stabilität aufweist.
Die neue Technologie ermöglicht eine höhere Integrationsdichte und damit eine weitere Miniaturisierung der Kontaktierung von Mikrochips. Von AuRoFUSE™ werden viele Technologien profitieren wie Leuchtdioden und Halbleiterlaser sowie alle Arten von digitalen Geräten wie Personalcomputer, Smartphones, Fahrzeuge und viele mehr.
■Mikroskopische Aufnahme
AuRoFUSE™ Präform von oben
AuRoFUSE™ Präform Seitenansicht im Rasterelektronenmikroskop
Herstellung von AuRoFUSE™ Präformen
- (1)Metallisierung mit Gold/Platin/Titan erzeugt die Basisschicht auf dem Trägermaterial
- (2)Aufbringen eines lichtempfindlichen Fotolacks
- (3)Erzeugen des Präform-Musters durch Belichten und Entwickeln des Fotolacks
- (4)AuRoFUSE™ fließt in das Gitter
- (5)Trocknen im Vakuum bei Raumtemperatur, danach Abziehen von überschüssigem Gold
- (6)Sintern durch Aufheizen, danach Entfernen des Gitters aus Fotolack
Hochdichte Chipmontage mit AuRoFUSE™ Präformen
Je nach Anwendungszweck werden für die Montage von Halbleiterbauelementen verschiedene Bondverfahren verwendet, darunter Löt- und Plattierungsverfahren. Die Bondmethode mit Lötzinn ist kostengünstig und schnell. Allerdings neigt Lötzinn dazu, sich beim Schmelzen nach außen auszubreiten. Das kann zu Kurzschlüssen führen, wenn in Folge weiterer Miniaturisierung die Kontakthöcker nahe beieinanderliegen. Eine Alternative für die High-Density-Montage ist die stromlose Beschichtung für die Herstellung von Kontakthöckern aus Kupfer und Gold. Damit lassen sich sehr geringe Abstände erreichen, allerdings sind beim Bonden höhere Drücke erforderlich. Es gibt daher Bedenken wegen möglicher Schäden an Chips.
Die ideale Bonding-Methode kommt mit niedrigen Temperaturen und Drücken aus. Genau das ist nun mit AuRoFUSE™ von TANAKA möglich. Ein weiterer Vorteil gerade beim Bonding von sehr kleinen Chips ist, dass das Material durch seine Porosität Unebenheiten auf der Oberfläche der Kontakte ausgleicht. Frühere Versuche mit weichen Pasten führten nicht zum gewünschten Ergebnis. Stattdessen setzen die Forscher von TANAKA auf eine Paste, die vor dem Bonden getrocknet wird, um das Fließen und Kurzschlüsse zu verhindern. Durch seine poröse Struktur ist das Material dennoch gut formbar und passt sich Höhendifferenzen der Elektroden oder des Substrats an.
Bonding mit AuRoFUSE™ Präformen im Vergleich zu Lötverbindungen
Aufnahme im Rasterelektronenmikroskop: Die AuRoFUSE™ Präform gleicht Unebenheiten beim Bonding aus
Über AuRoFUSE™
AuRoFUSE™ ist ein pastenartiges Bindematerial aus Goldpartikeln kleiner als ein Mikrometer sowie einem organischen Lösungsmittel. Mikroskopisch kleine Partikel sintern, das heißt sie verbinden sich miteinander, wenn sie auf eine Temperatur unterhalb des Schmelzpunktes erhitzt werden. So auch bei AuRoFUSE™: Wird es auf 200°C erhitzt, verdampft das Lösungsmittel und die Goldpartikel gehen ohne Druck eine Sinterbindung ein mit einer ausreichenden Bindungsstärke von etwa 30 MPa.