Flip Chip

Datum: 26.06.2017

Kategorie: Pouzdra SMD

Obrácený čip (F-COB, viz Obr. 1) se vyvinul z myšlenky uspořit prostor a hmotnost úplným odstraněním pouzdra čipu. Původní koncepce používala malé měděné kuličky pokryté pájkou mezi vývodem čipu a pájecími ploškami na desce. Spoje vznikaly přetavením při zvýšené teplotě, avšak manipulace a umísťování kuliček bylo nesmírně obtížné a nákladné.

Moderní obrácené čipy jsou vyráběny přidáváním zvýšených nálitků pájky na pájecí plošky čipů ve fázi, kdy jsou ještě součástí křemíkového “salámu”. Individuální čip se pak vyjme a položí na podložku obráceně. Alternativním řešením je naopak umístit nálitky pájky na podložku místo na čip. Vlastní technika otočení čipu vzhůru nohama tak, aby jeho vývody byly spojeny přímo s pájecími ploškami na podložce, není nová. Byla vyvinuta před více než pětadvaceti lety pro použití v sálových počítačích.
Použití F-COB bylo omezeno dostupností testovaného čipu s nálitky, jakož i problémy se získáváním podložek levných desek plošných spojů s velmi tenkými vodiči a dostupných zařízení pro osazování a připojování.

Hlavní rozdíl mezi Flip Chipem a ostatními technikami přímého připojování čipu, jako je holý čip na desce (COB) připojený drátem (viz Obr. 2), je zvětšení využitelného prostoru desky, zkrácení signálové dráhy a snížení montážní výšky součástky. Před připojením čipu k podložce je nutno jeho hliníkové plošky opatřit nálitky, aby se vytvořil elektrický kontakt, zajišťující současně montážní odstup mezi čipem a podložkou.

Jako materiál na nálitky se používá eutektická pájka, pájka s vysokým obsahem olova, nikl, zlato a vodivá lepidla (izotropní i anizotropní). Vodivá lepidla se zpravidla označují jako polymerové nálitky. Firmy, montující desky plošných spojů, které mají zkušenosti s přetavovanou pájkou jako propojovacím médiem, budou dávat přednost buď nálitkům z eutektické pájky, nebo nálitkům s pájkou o vysokém obsahu olova, připojených k podložce eutektickou pájkou. U čipů s nálitky z eutektické pájky je nutno učinit opatření, aby se omezilo tečení nálitku při pájení obráceného čipu přetavením (jinak se nálitky zbortí a ztratí potřebnou montážní výšku). Obrácené čipy s eutektickými nálitky vykazují během přetavení užitečný sklon k samočinnému vyrovnání.

Nálitky z pájky s vysokým obsahem olova (97Pb/3Sn) umožňují regulovat montážní odstup. Protože tyto nálitky se přetavují při vysoké teplotě (320 °C), zpravidla se montují na keramické podložky.

Obrácené čipy je však možno připojovat k ploškám plošného obvodu, jež jsou pokryty eutektickou pájkou. Tento proces zahrnuje nanášení tavidla (které současně slouží k udržení čipu v dané poloze) dřív, než sestava projde konvekčním přetavením. Eutektická pájka na ploškách se roztaví a vytvoří propojení; nálitky se neroztaví, takže udržují montážní odstup čipu a desky. Zlaté a polymerové nálitky se připojují k ploškám desky plošných spojů pomocí vodivých lepidel, zatímco niklové nálitky, jež jsou chráněny před oxidací tenkým filmem zlata, se připojují buď vodivými lepidly, nebo pájením přetavením.

Vzhledem k tepelnému nepřizpůsobení mezi čipem (2,5 ppm/°C) a organickou obvodovou deskou (18 ppm/°C) obrácené čipy vyžadují, aby po připojení byl aplikován částečně vyplňující zalévací materiál, působící proti deformačním silám, jimž budou spoje vystaveny během následných tepelných cyklů. Toto částečné vyplnění rovněž brání pohlcování vlhkosti a poskytuje fyzickou ochranu aktivní strany čipu.

Částečné vyplnění se aplikuje pod jednu nebo dvě sousední strany připojeného čipu; díky kapilárním silám zalévací materiál nateče pod součástku. Jakmile je materiál na svém místě, je třeba jej vytvrdit. Částečné zalévání a vytvrzování nevyhnutelně prodlužuje proces montáže desek plošných spojů, čímž se stává časově náročným.

Obrácené čipy stírají hranici mezi polovodičovým průmyslem a montáží elektroniky, proto musí výrobci součástek, zpracovatelé a dodavatelé zařízení, spolupracovat ve styčné oblasti (pouzdro a technologie zpracování), aby nalezli správnou cestu technologického vývoje. Tato technologie je zatím poměrně dosti náročná, proto nenastalo její masové nasazení.