Bei Flip-Chip-Anwendungen wird der Halbleiterchip über Bumps oder Cu-Pillars direkt mit dem Substrat verbunden. Diese Bauweise ermöglicht sehr kompakte Packages und kurze elektrische Verbindungen. Gleichzeitig entstehen aufgrund der unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten von Chip, Bumps und Substrat mechanische Spannungen. Besonders bei Temperaturwechseln können diese Belastungen die Zuverlässigkeit der feinen Verbindungen beeinträchtigen.
Hier kommt Underfill zum Einsatz. Ein niedrigviskoses, elektrisch isolierendes Material wird entlang des Chiprandes appliziert und fliesst durch Kapillarwirkung in den schmalen Spalt zwischen Chip und Substrat. Nach dem Aushärten stabilisiert das Underfill die Verbindung mechanisch und verteilt lokal auftretende Belastungen auf eine grössere Fläche. Dadurch lässt sich die Zuverlässigkeit der Flip-Chip-Verbindung erhöhen.
NAMICS bietet mit der CHIPCOAT-Serie verschiedene Flip-Chip Underfills für unterschiedliche Anforderungen in der Halbleiter- und Advanced-Packaging-Fertigung.
Die Materialauswahl richtet sich unter anderem nach Spaltmass, Bump-Technologie, Chipgrösse und den thermomechanischen Anforderungen der Anwendung.
Beispiele aus dem NAMICS Flip-Chip Underfill Portfolio:
- U8410-73CF3: Entwickelt für Low-K-Anwendungen mit Cu-Pillars und bleifreien Bumps sowie für enge Spalte. Mit einer Viskosität von 33 Pa·s eignet sich das Material für anspruchsvolle Flip-Chip-Geometrien.
- U8410-302: Ebenfalls für Low-K-Anwendungen, Cu-Pillars und bleifreie Bumps ausgelegt. Mit einem CTE unterhalb Tg von 22 ppm/°C bietet es andere thermomechanische Eigenschaften als U8410-73CF3 und ermöglicht damit eine anwendungsspezifische Materialauswahl.
- U8443-14: Niedrigviskoses Underfill mit 10 Pa·s für besonders enge Spalte. Die niedrige Viskosität unterstützt das kapillare Fliessen unter dem Chip.
- U8410-377: Mit 15 Pa·s ebenfalls ein niedrigviskoses Material für enge Spalte und Anwendungen, bei denen eine gute Fliessfähigkeit erforderlich ist.
- U8439-105: Für grosse Low-K-ICs und enge Spalte entwickelt. Damit adressiert NAMICS auch Anwendungen, bei denen grosse Chipflächen mit anspruchsvollen Spaltgeometrien kombiniert werden.
Warum ist die richtige Auswahl des Underfills entscheidend?
Je kleiner der Abstand zwischen Chip und Substrat und je komplexer die Bump-Struktur, desto wichtiger werden Fliessverhalten und Viskosität des Materials. Gleichzeitig müssen Eigenschaften wie Glasübergangstemperatur Tg, Elastizitätsmodul und thermischer Ausdehnungskoeffizient zur jeweiligen Package-Konstruktion passen.
Underfill ist deshalb nicht lediglich ein zusätzliches Vergussmaterial, sondern ein funktionaler Bestandteil des gesamten Packaging-Prozesses. Material, Dispensing-Prozess, Kapillarverhalten und Aushärtung müssen auf Chip, Substrat und Verbindungstechnologie abgestimmt werden.
NAMICS bietet dafür unterschiedliche CHIPCOAT Underfills für klassische Flip-Chip-Verbindungen, Low-K-Bauteile, bleifreie Bumps, Cu-Pillars, grosse ICs und besonders enge Spalte.
Das Ergebnis: Eine gezielte Auswahl des Flip-Chip Underfills unterstützt die mechanische Stabilität und thermomechanische Zuverlässigkeit der Verbindung und schafft damit eine wichtige Voraussetzung für zuverlässige Advanced-Packaging-Anwendungen.
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