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Flip-Chip Technologie für Anwendungstemperaturen > 250 °C

Flip-Chip technology for operation temperatures > 250 °C
 
: Heiermann, Wolfgang; Geruschke, Thomas; Ruß, Marco; Vogt, Holger

VDE/VDI-Gesellschaft Mikroelektronik, Mikro- und Feinwerktechnik -GMM-; VDI/VDE Innovation+Technik, Berlin:
MikroSystemTechnik Kongress 2013. CD-ROM : Von Bauelementen zu Systemen; 14. - 16. Oktober 2013 in Aachen
Berlin: VDE-Verlag, 2013
ISBN: 978-3-8007-3555-6
ISBN: 3-8007-3555-5
S.709-712
MikroSystemTechnik Kongress <2013, Aachen>
Deutsch
Konferenzbeitrag
Fraunhofer IMS ()
Flip-Chip; Hochtemperaturelektronik; FEM-Simulation; COMSOL; Solid-Liquid Interdiffusion; high temperature electronics; FEM-simulations

Abstract
Ziel der vorliegenden Arbeit ist die Entwicklung von Flip-Chip-Packages mit einer Temperaturbelastbarkeit von mindestens 250 °C bei gleichzeitig hoher Temperaturwechselbeständigkeit. Hierzu wurden die Chips über eine zusätzliche Rahmenstruktur, welche entlang der Chip-Kanten verläuft, verlötet. Analog zur Funktionsweise von Underfills wird auf diese Weise eine konvexe Verbiegung des gesamten Aufbaus statt einer lateralen Ausdehnung der Fügepartner bewirkt. Folglich bleiben die Bumps senkrecht zu den Fügepartnern ausgerichtet, die laterale Scherung wird unterdrückt und thermomechanische Spannungen werden reduziert. Die Bumps wurden durch Gold/Zinn Solid-Liquid Interdiffusion Lötverfahren (SLID) kontaktiert.
Es wird gezeigt, dass durch das präsentierte Aufbau-Konzept thermomechanische Spannungen in den Bumps verringert und die Temperaturwechselbeständigkeit signifikant erhöht wird. Des Weiteren wird eine Temperaturbeständigkeit bis 300 °C nachgewiesen.

 

In this work the development of a flip chip package with a long term thermal resistance for temperatures above 250 °C and additional high reliability against temperature cycling is shown.
Since standard organic underfill materials can not be used at these high temperatures a solder frame structure was added along the chip edges. This leads, analogue to the function principle of an underfill, to a bow of the whole package instead of a lateral prolongation of the joint partners. Thereby the solder bumps stay aligned perpendicular to their joint partners and as a consequence the lateral deformation as well as the thermomechanical tension are reduced. The bump and the frame connections were produced with a gold/tin Solid-Liquid Interdiffuision (SLID) solder process.
By the presented concept of an additional solder frame the thermomechanical tension could be reduced and the reliability against thermal cycles is increased significantly. The thermal stability is shown for temperatures up to 300 °C.

: http://publica.fraunhofer.de/dokumente/N-270424.html