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Magnetic Flip-Chip Bonding

IP.com Disclosure Number: IPCOM000129026D
Published in the IP.com Journal: Volume 5 Issue 10A (2005-10-25)
Included in the Prior Art Database: 2005-Oct-25
Document File: 4 page(s) / 313K

Publishing Venue

Siemens

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Abstract

Bei der Flip-Chip-Technologie wird der Chip mit seiner aktiven Seite face down auf das Substrat geklebt und gleichzeitig kontaktiert. Diese Technologie ermoeglicht die Realisierung hoechster Anschluss- und Packungsdichte. Probleme ergeben sich vor allem aufgrund des „thermal mismatch“ der Komponenten und aufgrund Kontaktierungsschwierigkeiten fuer immer kleiner werdende Bump- bzw. Pitch-Strukturen. Im Stand der Technik werden bisher Loetverbindungen oder Klebeverbindungen mit isotropen oder anisotropen Klebern bzw. Klebefolien zur Kontaktierung der Flip-Chips verwendet. Die Nachteile bei der Loetverbindung sind dabei der hohe Aufwand und die begrenzte Aufloesung. Der Nachteil bei Klebeverbindungen ist hauptsaechlich die geringe Leitfaehigkeit. Es wird vorgeschlagen, zur Kontaktierung des Flip-Chips eine anisotrope Klebeverbindung zu benutzen, die ferromagnetische Metallpartikel beinhaltet, welche in eine Polymermatrix eingebettet sind. Anfangs ist dieser Kleber wegen des zu hohen Abstands der Metallpartikel nichtleitend. Der Kleber wird auf eine Leiterplatte aufgebracht, mit der ein Flip-Chip leitend verbunden werden soll. Diese Situation ist in Abbildung 1 dargestellt. Nun wird ein inhomogenes Magnetfeld erzeugt, das die Metallpartikel magnetisiert.

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S

Magnetic Flip-Chip Bonding

Idee: Dr. Bakuri Lanchava, DE-Regensburg; Dr. Horst Theuss, DE-Regensburg

Bei der Flip-Chip-Technologie wird der Chip mit seiner aktiven Seite face down auf das Substrat geklebt und gleichzeitig kontaktiert. Diese Technologie ermoeglicht die Realisierung hoechster Anschluss- und Packungsdichte. Probleme ergeben sich vor allem aufgrund des "thermal mismatch" der Komponenten und aufgrund Kontaktierungsschwierigkeiten fuer immer kleiner werdende Bump- bzw. Pitch-Strukturen.

Im Stand der Technik werden bisher Loetverbindungen oder Klebeverbindungen mit isotropen oder anisotropen Klebern bzw. Klebefolien zur Kontaktierung der Flip-Chips verwendet. Die Nachteile bei der Loetverbindung sind dabei der hohe Aufwand und die begrenzte Aufloesung. Der Nachteil bei Klebeverbindungen ist hauptsaechlich die geringe Leitfaehigkeit.

Es wird vorgeschlagen, zur Kontaktierung des Flip-Chips eine anisotrope Klebeverbindung zu benutzen, die ferromagnetische Metallpartikel beinhaltet, welche in eine Polymermatrix eingebettet sind. Anfangs ist dieser Kleber wegen des zu hohen Abstands der Metallpartikel nichtleitend. Der Kleber wird auf eine Leiterplatte aufgebracht, mit der ein Flip-Chip leitend verbunden werden soll. Diese Situation ist in Abbildung 1 dargestellt. Nun wird ein inhomogenes Magnetfeld erzeugt, das die Metallpartikel magnetisiert.

Die ferromagnetische Metallpartikel erfahren aufgrund ihres magnetischen Momentes ein Drehmoment im Magnetfeld, das die Metallpartikel parallel zum Magnetfeld (senkrecht zum Substrat) ausrichtet. Ausserdem erfahren sie aufgrund des inhomogenen Feldes eine Kraft in Richtung des Feldgradienten, also in Richtung des maximalen Feldes, das durch Positionen der Flip-Chip-Bumps gekennzeichnet ist. Aufgrund dieser Kraft und der geringen Viskositiaet des weichen Klebers bewegen sich die Metallpartikel in Richtung der Flip-Chip-Bumps und haeufen sich dort an. Diese Effekte sind in Abbildung 2 veranschaulicht.

Die beiden Effekte fuehren zu einer Erhoehung der Leitfaehigkeit zwischen Flip-Chip-Bump und Substrat. Dieser Zustand wird nun durch Aushaerten des Klebers auf Dauer fixiert.

Die Vorteile des vorgeschlagenen Verfahrens bestehen darin, dass die Leitfaehigkeit nur an den geforderten Stellen erzeugt wird und dass die laenglich geformten Metallpartikel die Kontaktierung sehr kleiner Bump- bzw. Pitch-Strukturen erlauben.

Ausfuehrungsbeispiele der Erfindung sind in Abbildung 3, 4 und 5 dargestellt. Der Grundprozessflow ist zunaechst in allen Faellen der gleiche:

1) Kleber (Paste oder Folie) auf Board aufbringen (z. B. Spruehen, Laminieren, Dispensen, Spin Coat, ...)

2) Flip-Chip bestuecken (d. h. in den Kleber eindruecken)

3) Inhomogenes Feld anlegen (kann in der Ausfuehrung "Bump als Permanentmagnet" bereits mit der Flip-Chip-Bestueckung erfolgen)

4) Aushaerten des Klebers

5) Abschalten des Feldes (wenn es sich um ein aeusseres Feld handelt)

6) Wenn permanentmagnetische Strukturen (z. B. perma...