Flip-Chip et Underfill : comment valider la qualité des process ?

Parmi

Dans le domaine des semi-conducteurs, le flip chip est une des techniques utilisée pour effectuer les connexions électriques entre une puce et un substrat. La liaison flip chip peut offrir un certain nombre d’avantages par rapport à d’autres processus d’interconnexion. La liaison à « puce retournée » peut fournir des E/S plus élevé car toute la surface de la puce peut être utilisée pour les connexions. En raison des chemins d’interconnexion courts, par rapport aux liaisons filaires, la vitesse d’un dispositif peut être améliorée.

En pratique, des billes sont déposées sur la puce à l’aide d’un équipement de bonding tels que ceux de Hesse ou TPT. Ensuite, la puce est retournée et déposée sur le substrat.
Les billes sont ensuite refondues pour produire une connexion électrique, généralement en utilisant une liaison thermosonique ou en variante un processus de soudure par refusion.

Une fois la connexion faite, la distance de séparation entre la puce et le substrat est généralement remplie d’une colle epoxy non conductrice appelée underfill. L’underfill protège les produits électroniques contre les chocs, les chutes et les vibrations et réduit la contrainte sur les connexions de soudure fragiles causée par la différence de dilatation thermique entre la puce et le support (deux matériaux différents).
Dans les applications de sous-remplissage capillaire, un volume précis de matière est dispensé le long du côté d’une puce pour s’écouler en dessous par action capilarité, remplissant les vides d’air autour des billes de soudure.

Mais que ce soit pour le Flip-chip ou l’underfill, il sera nécessaire de valider la bonne qualité de ces processus pour garantir la fiabilité du produit final.
Plusieurs équipements sur le marché sont capables de le faire mais le Xceed Micro de Parmi est l’un des plus performant.

Inspection des billes de soudure

Comme énoncé précédemment, une bille de soudure est conductrice et relie une puce substrat. Si une bille de soudure est défectueuse, cela peut produire un défaut dans le produit en raison de l’incapacité de la bille à connecter électriquement la puce et le substrat. Un système d’inspection AOI 3D fiable est nécessaire en production pour détecter les nombreux types de défauts avant le processus de soudure/assemblage et ainsi garantir la qualité et la fiabilité du produit final.

Équipement d’inspection – Xceed MICRO
Ultra précise, la Xceed Micro contrôlera la reproductibilité de votre process en mesurant, entre autres,  la hauteur, le volume, la coplanarité des billes de soudure et détectera les potentiels défauts, tel que le mauvais alignement/positionnement ou les pont entre les billes en un seul balayage. L’équipement affiche même des images 3D précises des billes de soudure (< à 50µm de diamètre) . Avec sa vitesse de numérisation exceptionnellement rapide et son traitement des données d’inspection en temps réel, Xceed MICRO est capable de maintenir des temps de cycle courts quel que soit le nombre de billes qui nécessitent une inspection.

Éléments d’inspection –  Hauteur et  coplanarité
Les données d’inspection les plus significatives pour les connexions électriques entre une puce et le PCB sont la hauteur et la coplanarité. Le logiciel Xceed MICRO pour l’inspection de la hauteur définit un point de référence pour l’environnement de chaque bille et calcule les données de hauteur de chaque bille dans la zone étudiée, ce qui garantit une grande fiabilité. 

La coplanarité de billes est un attribut d’inspection qui identifie un défaut s’il dépasse les limites de spécification supérieures ou inférieures basées sur la méthode LMS (Least Mean Square) de la bosse entière. Grâce à ces algorithmes et à la technologie exclusive de compensation de déformation de PARMI, l’équipement est capable d’inspecter avec précision la coplanarité des billes, même sur un circuit imprimé déformé.

Inspection des « underfill »

Si le processus d’underfill est défectueux, cela peut entraîner une réduction de la fiabilité du produit final. Par conséquent, il est très important d’effectuer une inspection pour mesurer avec précision le volume et la couverture du matériau de sous-remplissage après son application sur le composant.

Si l’underfill appliqué contient des bulles d’air piégées, ou s’il y a un problème lié à la dispense de l’époxy en raison de la non planéité du PCB,  cela peut entrainer des variations dans la hauteur du matériau injecté. Cependant, Le Xceed MICRO (AOI 3D) de PARMI inspecte la hauteur et la zone d’underfill avec une méthode de balayage à double laser et détermine automatiquement s’il est défectueux ou dans la zone de tolérance programmable.

Les attributs d’inspection de l’underfill sont :
L’inclinaison de la puce et du substrat, le désalignement, les éraflures (ecailles), les fissures, la couverture de l’underfill, la hauteur de celui-ci, les matières étrangères (particules) , la contamination, le surdosage de résine (RBO – Resin Bleed Out), etc.