Investigação experimental da influência dos parâmetros de processo na interligação de chips rígidos de silício em substratos

Abstract

Tendo em vista a constante evolução do setor da eletrônica e a crescente demanda de aplicações cada vez mais sofisticadas e complexas, como dispositivos inteligentes, móveis, flexíveis, biocompatíveis e miniaturizados, e sabendo que a viabilização desses avanços passa pelos processos de interligação de chips com circuitos integrados nos mais diversos substratos, é evidenciada a necessidade de um método para seleção de parâmetros dos processos de ligação que valide conceitos investigados, otimize indicadores de resultados e idealmente diminua custos. Dessa forma, esta pesquisa apresenta a aplicação prática de um método experimental e investigativo de seleção de parâmetros para otimização de interligação flip chip de chips de silício com substratos, baseado no mecanismo de conexão do chip, no tipo de substrato e na técnica de interligação utilizada, validando o método de acordo com a resistência de contato, resistência mecânica ao cisalhamento e qualidade da interface de conexão via inspeção microscópica resultantes. Este trabalho é decorrente de um projeto de pesquisa desenvolvido na empresa Silicon Austria Labs. Para sua realizaşão, foram planejados os experimentos com base em extensa revisão bibliográfica dos conceitos envolvidos e de trabalhos similares da área. Após a definição, os experimentos foram executados em um laboratório certificado, com as condições necessárias para esse tipo de procedimento. Por fim, foi validado o método com a análise dos resultados de cada um dos experimentos descritos, de acordo com os indicadores citados, descartando as opções de mecanismos de ligação, tipos de substratos e técnicas de interligação que não apresentaram resultados satisfatórios condizentes com a bibliografia, e sugerindo posteriores experimentos e análises para as configurações que apresentaram resultados promissores.

Considering the constant evolution in the electronics area and the growing demand for more sophisticated, complex applications, as smad, mobile, flexible, biocompatible and miniaturized devices, and knowing that the viability of these advances rely on the process of bonding integrated circuit chips in various different substrates, it is clear the need of a method to choose the bonding process parameters that validate the investigated concepts, optimize result indicators and ideally reduces cost. This way, this work present the practical application of a experimental and investigative method for parameter selection, aimed to optimize the flip chip interconnection of silicon chips with substrates, based on the chip connection mechanism, on the substrate type and the bonding technique used, validating the method with contact electrical resistance and mechanical shear strength measurements, as well as bond interface quality assessment by means of optical and electronic microscopy. This work derives from a research project conducted at the Silicon Austria Labs company. To perform it, experiments were planned based on extensive bibliographical review of pedinent concepts and also on similar investigations in this subject. After definition, the experiments were conducted at a cleanroom certified laboratory, with the necessary conditions for these kind of processes. Finally, the method was validated by analysing the results of each experiment, according to the cited indicators, discarding the options that did not provided good results consistent with the bibliography and suggesting fudher experiments, investigations and analysis for the experiment settings that showed promising results.