Lotdruck für Ultra-Fine-Pitch Kontaktierungen
Ziel des BMBF-Projekts, welches in Kooperation mit einem großen Hersteller von Flip-Chip Montageanlagen durchgeführt wird, ist die Realisierung eines Systems, welches in der Lage ist Lot zu verflüssigen und in Tropfenform gezielt auf ein Substrat aufzubringen. Es soll dabei eine weitere Steigerung der Integrationsdichte und Pitchreduzierung bei elektronischen Baugruppen in Richtung Nano-AVT erreicht werden.
Durch die Verwendung eines Drop-On-Demand Verfahrens können auch individuelle Kleinstserien kostengünstig gefertigt werden.
Verbindungstechnik
Die Zunehmende Miniaturisierung von Bauelementen führt dazu, dass für die notwendigen Kontakte die Ränder von Bauteilen nicht mehr ausreichen. Durch die sogenannte Flip-Chip-Technologie wird die gesamte Unterseite für die Kontaktierung genutzt. Voraussetzung ist das Aufbringen von Lotbumps auf die Platine.
Stand der Technik
In den meisten Fällen werden die Lötzinnkügelchen durch Siebdruck von zinnhaltigen Pasten hergestellt. Unter Heißluft werden anschließend die nichtmetallischen Pastenanteile ausgedampft und es bleibt ein Zinnkügelchen zurück. Dieses Verfahren ist in der üblichen Großserienherstellung sehr effizient.
Aufgabenstellung
Speziell bei Kleinserien ist die Anfertigung von den, meist mehreren notwendigen, Sieben sehr kostenintensiv. Weiterhin ist eine Unterschreitung der Bumpgröße von 100 Mikrometern nur schwer möglich. Ziel ist daher ein Verfahren, bei dem Lot in flüssiger Form, mit variabler Tropfengröße aufgebracht werden kann.
Lösungsstruktur
Die realisierte Anlage besteht aus einem Hochtemperaturdruckkopf, welcher durch geeignete Ansteuerung in der Lage ist Lottropfen zu jetten. Durch das Zusammenspiel mit einem hochgenauen XY-Tisch und einer Z-Verstellung können sowohl Tropfen sowohl in der Ebene frei plaziert und auch übereinander gedruckt werden.
Elektrodynamischer Druckkopf
Zentrales Element des Systems ist der elektrodynamische Druckkopf. Er besteht im Wesentlichen aus einem Glasröhrchen, welches von zwei hintereinander angeordneten Spulen umschlossen ist. Im Röhrchen befindet sich ein metallischer Kolben der einen Ringspalt zum Röhrchen besitzt. Sind beide Spulen bestromt, schmilzt die ohmsche Verlustwärme das Lot auf. Durch wechselseitige Abschaltung einzelner Spulen, kann der Kolben das flüssige Lot bescheunigen und durch die Düse ausstoßen.
Laboraufbau
Im Versuchsaufbau des Systems können die Auswirkungen von unterschiedlichen Ansteuerimpulsen auf die Tropfengröße nachgewiesen werden. Weiterhin kann überprüft werden, ob mehrere Lottropfen übereinander gedruckt werden können, um höhere Stand-Offs zu drucken.
Messungen
Es konnte durch optische Vermessung nachgewiesen werden, dass durch geeignete Ansteuersignale unterschiedliche Tropfengrößen dosiert werden können. Durch das Drucken von Testschaltungen und der Qualifizierung der Kontaktierungen durch metallografische und Röntgenanalysen konnte bestätigt werden, dass das Verfahren für den Einsatz in der Produktion geeignet ist.
Ansprechpartner: Dr. F. Irlinger
Publication
Keßling, O.; Schink, M.; Irlinger, F.; Lüth, T.C. (2009): Lötzinndruck für die Flip-Chip Bestückung. Mikrosystemtechnik Kongress 2009, Berlin, 12.-14.10.2009. In Seidel, H. (Ed.), Proceedings Mikrosystemtechnikkongress 2009, VDE Verlag GmbH, pp. Paper P8.29.
Kessling, O.S.; Schüssler, F.; Feldmann, K.; Lueth, T.C. (2008): A new process for flip-chip interconnection with variable stand-offs. IEEE Electronic Packaging Technology Conference, Singapur, 9.-12.12.2008, pp. 620-625.
Kessling, O.; Harnisch, J.; Irlinger, F.; Lueth, T.C. (2008): An Electro-Magnetic Actuator for Printing Solder. Actuator 2008, Bremen, 9.-11. Juni 2008, pp. 461-464.