Baugruppenfertigung Flip-Chip-Bonden auf flexiblen Leiterplatten

Durch einen neuartigen Klebe-Lötprozess ist Würth Elektronik in der Lage, Flip Chips auf unterschiedlichste Leiterplatten-substrate zu setzen – auch auf flexibles Material

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Würth Elektronik GmbH & Co. KG Circuit Board Technology

Immer wieder liegt eine Herausforderung darin, integrierte Bausteine (ICs) Platz sparend auf hoch integrierten Leiterplattensubstraten aufzubringen. Würth Elektronik stellt sich dieser Herausforderung und hat mit dem ESC-Verfahren (Encapsulated Solder Connection) eine ideale Lösung gefunden. Die Chips werden mit dem „Gesicht“ nach unten exakt verlötet und gleich-zeitig verklebt. Dabei ist der ESC-Prozess für unterschiedlichste Substrate geeignet, ob spröde Gläser, FR4 oder sogar flexible Materialien wie Polyi-mid-Folien und LCP (Liquid Crystal Polymer).

Jedes Substrat stellt eine individuelle Herausforderung dar. Substratab-hängig können feinste Pitch-Abstände von kleiner 100 µm realisiert werden. Der umgedrehte Chip (Flip Chip) wird mittels Thermokompressionsbond-technik in einen anisotrop leitfähigen Kleber gesetzt, der kleinste Lotpartikel enthält. Ein kurzzeitiges Aufheizen des Klebers bringt die Lotpartikel zum Schmelzen und führt zu einer echten Verlötung zwischen den Kontakten des Chips und dem Substrat. Somit wird der elektrische Kontakt hergestellt. Gleichzeitiges Aushärten des Epoxidharzklebers fixiert den Flip Chip zu-dem. Das gesamte Verfahren wird auch lapidar als Flip-Chip-Bonden be-zeichnet.

Ein zusätzlicher ‚Underfill Prozess’ ist nicht nötig

„Ein zusätzlicher ‚Underfill Prozess’ ist hier nicht nötig. Insbesondere die hohe Platziergenauigkeit und die fein abgestimmte Dosierung der Bond-kraft ermöglichen es, selbst extrem spröde Substrate problemlos zu verar-beiten“, sagt Roland Schönholz, verantwortlich für Bond-Technologien und Lasercavity bei Würth Elektronik in Schopfheim.

Relativ spröde ICs auf flexiblen Leiterplatten unterzubringen, klingt im ers-ten Moment widersprüchlich. Doch der ECS-Prozess meistert auch diese Herausforderung. Voraussetzung für das Flip-Chip-Bonden sind die richti-gen Chips. Diese sollten als Kontakte Gold Stud Bumps, galvanische Bumps oder ähnliche Kontaktierungen besitzen. Bei kleinen Mengen schon vereinzelter ICs oder auch Kleinserien kann Würth Elektronik die Gold Stud Bumps selbst herstellen.

Große Freiheit bei der Auswahl des richtigen Substrats

Mit dem ECS-Verfahren gewinnt der Anwender große Freiheit bei der Aus-wahl des richtigen Substrats – von spröde bis flexibel ist alles möglich. Ent-scheidend ist aber eine lötfähige Endoberfläche auf dem Substrat. „Wir können hier mit allen gängigen Oberflächen wie chemisch Silber, chemisch Zinn, ENIG (Electroless Nickel Immersion Gold) oder ASIG (Autocatalytic Silver Immersion Gold) Erfahrungen vorweisen“, so Schönholz, „denn zahl-reiche Tests haben die hohe Zuverlässigkeit der neuen Aufbau- und Ver-bindungstechnik schon unter Beweis gestellt.“

Zudem wurde Flip-Chip-Bonden bereits im Zusammenhang mit der innova-tiven Lasercavity-Technik, bei der Würth Elektronik eine Pionierrolle über-nommen hat, in der Praxis erprobt. Mit Flip-Chip-Bonden setzt der Leiter-plattenspezialist seine Technologieführerschaft fort und ermöglicht den Anwendern, ihre Produkte weiter zu Miniaturisieren und ein Höchstmaß an Integration bei zuverlässiger Funktion zu erreichen.

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