Chipkontaktierung | Einführung in die Mikroelektronik – Teil 7
Nachdem im sechsten Teil unserer Videoreihe Einführung in die Mikroelektronik die Vereinzelung und Montage der Chips im Fokus standen, erklärt FMD-Experte Dr. Michael Töpper in Teil sieben, wie die elektrische Kontaktierung der Chips erfolgt. Allgemein gilt bekanntlich: Wenn es darum geht, Stoffe miteinander zu verbinden, kann zwischen drei wesentlichen Verfahren unterschieden werden: Schweißen, Löten und Kleben. Doch wie können diese Verfahren nun auf die Mikroelektronik übertragen werden?
Das Schweiß-Verfahren wird in der Mikroelektronik als Drahtbonden bezeichnet. Bei diesem Prozess werden feine Drähte aus Aluminium, Gold, Kupfer oder Silber auf die Chipoberfläche aufgeschweißt (englisch »chip & wire«). Die elektrische Kontaktfläche auf dem Chip besteht meistens aus Aluminium, da dieser Stoff sofort eine sehr dünne Aluminiumoxidschicht bildet, die schützend wirkt und beständig ist. Diese Schicht leitet aber im Gegensatz zu Aluminium nicht elektrisch, sodass beim sogenannten Ultraschallbonden (oder auch Al Wedge/Wedge-Bonden) zunächst die Aluminiumoberfläche mit einem Draht mechanisch angeraut werden muss, um die Aluminiumoxidschicht wegzuschieben. Auf diese Weise entsteht ein Al-Al-Kontakt und die elektrische und mechanische Verbindung zwischen Chip und Substrat kann hergestellt werden. Bei Golddrähten kommt alternativ das Thermosonic-Ball-Wedge-Bonden zum Einsatz.
Eine andere Möglichkeit, Chips elektrisch zu kontaktieren, ist das Löt-Verfahren. Dazu bedarf es sogenannter Lotkugeln (englisch »bump«), die auf dem Chip in großer Zahl und mit geringem Abstand zueinander angebracht werden (siehe auch Schwerpunkttext). Anschließend wird beim Flip-Chip-Verfahren der Chip mit der aktiven Seite (mit den Lotkugeln nach unten) geflippt und auf das entsprechende Substrat gelötet (seltener auch geklebt). Als Lotstoffe eignen sich verschiedene Materialien, die unterschiedliche Schmelzpunkte haben. Daher ist es wichtig, die am Prozess beteiligten Maschinen regelmäßig zu kontrollieren, um einen reibungslosen Ablauf sicherzustellen.im Prozess über große Kontrolle zu verfügen, um einen reibungslosen Ablauf sicherzustellen.
Zu den anderen Teilen der Videoreihe
Teil 1: Einführung in die Thematik
Teil 2: Was ist die Mikroelektronik?
Teil 3: Warum ist das Silizium für die Mikroelektronik so wichtig?
Teil 4: Wie wird aus Halbleiterbauelementen ein mikroelektronisches System?
Teil 5: Was sind Halbleiterfirmen?
Teil 8: Prozesstechniken: Beispiel Wafer Bumping
Teil 9: Mikroelektronik ein weites Thema: Von Sensoren bis Quantencomputer
Exkurs: Bumping – Galvanische Abscheidung von Zinn-Silber
Wie kommen die Lotkugeln auf den Wafer bzw. den Chip, um später eine Lotverbindung zur Leiterplatte zu ermöglichen? Ein Verfahren dazu ist die galvanische Abscheidung von Zinn-Silber. Voraussetzung dafür ist, dass die Metalle auf dem Chip nicht unkontrolliert ineinander diffundieren. Daher wird der Wafer in einem ersten Schritt mit einer Titanlegierung versehen. Als Startmetallisierung für den späteren Prozess der galvanischen Abscheidung wird dann noch eine dünne (Bereich 100 nm) Kupferschicht abgeschieden. Anschließend wird ein Fotolack abgeschieden und strukturiert, bevor dann galvanisch in diesem Fotolack eine Legierung abgeschieden wird. An dieser Stelle wächst die sogenannte Lotkugel (»bump«). Im nächsten Schritt werden der Lack und die überstehende Metallisierung nass- oder trockenchemisch entfernt, bevor die Kugel danach umgeschmolzen wird. Aufgrund der Oberflächenspannung entsteht so die fertige Lotkugel.
