Voltear chip

En los sistemas típicos de fabricación de semiconductores , los chips se ensamblan en grandes cantidades sobre una única oblea grande de material semiconductor, generalmente silicio. Cada chip presenta pequeñas almohadillas metálicas cerca de sus bordes que sirven como conexiones a un soporte mecánico. Posteriormente, los chips se cortan de la oblea y se fijan a sus soportes, normalmente mediante soldadura por hilo, como la soldadura termosónica . Estos hilos se conectan a pines en la parte exterior de los soportes, que a su vez se conectan al resto de los circuitos que conforman el sistema electrónico.

El procesamiento de un flip chip es similar a la fabricación de circuitos integrados convencionales, con algunos pasos adicionales. ^{[ 6 ]} Cerca del final del proceso de fabricación, las almohadillas de conexión se metalizan para hacerlas más receptivas a la soldadura. Esto generalmente consiste en varios tratamientos. Luego se deposita un pequeño punto de soldadura en cada almohadilla metalizada. Finalmente, los chips se cortan de la oblea como de costumbre.

Para conectar el chip flip a un circuito, este se invierte para que los puntos de soldadura queden sobre los conectores o almohadillas de la placa de circuito impreso o sustrato subyacente. A continuación, la soldadura se vuelve a fundir para crear una conexión eléctrica, generalmente mediante soldadura termosónica o, alternativamente, soldadura por reflujo . ^{[ 7 ]}

Esto también deja un pequeño espacio entre el circuito del chip y el soporte subyacente. En muchos casos, se aplica un adhesivo aislante eléctrico para proporcionar una conexión mecánica más fuerte, crear un puente térmico y evitar que las uniones de soldadura se estresen debido al calentamiento diferencial del chip y el resto del sistema. El relleno distribuye la diferencia de dilatación térmica entre el chip y la placa, evitando la concentración de tensiones en las uniones de soldadura, lo que provocaría fallos prematuros. ^{[ 8 ]}

Las bolas de soldadura se pueden montar en los chips fabricándolas por separado y luego uniéndolas a los chips mediante un dispositivo de succión por vacío. Posteriormente, se colocan en un chip con fundente aplicado en las almohadillas de contacto de las bolas, o bien mediante el proceso de bumping de obleas, que consiste en la electrodeposición de metales semilla sobre una oblea con los chips que se van a bumpear. Esto permite que la soldadura se adhiera a las almohadillas de contacto de los chips durante el proceso de electrodeposición. Los metales semilla son aleaciones y se depositan por pulverización catódica sobre la oblea con los chips que se van a bumpear. Se utiliza una máscara de fotorresina para depositar el metal semilla únicamente sobre las almohadillas de contacto de los chips. A continuación, la oblea se somete a electrodeposición y se elimina la capa de fotorresina. Finalmente, la soldadura de los chips se somete a un proceso de reflujo para dar forma a los bumps. Las bolas de soldadura suelen tener un diámetro de entre 75 y 500 micras. ^{[ 9 ] [ 10 ]}

En 2008, los métodos de montaje de alta velocidad evolucionaron gracias a la colaboración entre Reel Service Ltd. y Siemens en el desarrollo de una cinta de montaje de alta velocidad conocida como 'MicroTape'.Al incorporar un proceso de cinta y carrete a la metodología de ensamblaje , es posible la colocación a alta velocidad, logrando una tasa de recogida del 99,90 % y una tasa de colocación de 21 000 componentes por hora (cph), utilizando equipos estándar de ensamblaje de PCB.

Los paquetes flip-chip suelen consistir en un chip de silicio sobre un sustrato, que a su vez se coloca sobre una PCB tradicional. El sustrato puede tener una matriz de rejilla de bolas (BGA) en su parte inferior. El sustrato facilita las conexiones al chip para su uso por la PCB. ^{[ 11 ]} Los sustratos fabricados con película de acumulación, como la película de acumulación Ajinomoto (ABF), se fabrican alrededor de un núcleo, y la película se apila sobre el núcleo en capas mediante laminación al vacío a altas temperaturas. Después de aplicar cada capa, la película se cura y se crean vías láser con láseres _de CO₂ o UV. A continuación, se limpian las vías ciegas del sustrato y la película de acumulación se rugosiza químicamente con permanganato. Posteriormente, se deposita cobre mediante galvanoplastia sin electrólisis , seguido de la creación de un patrón sobre el cobre mediante fotolitografía y grabado. Este proceso se repite para cada capa del sustrato. ^{[ 12 ] [ 13 ]}

La unión automatizada con cinta (TAB) se desarrolló para conectar chips mediante termocompresión o unión termosónica a un sustrato flexible que incluye de una a tres capas conductoras. Además, con TAB es posible conectar los pines de los chips simultáneamente, al igual que con el montaje flip-chip basado en soldadura. Originalmente, TAB permitía interconexiones de paso más fino en comparación con flip-chip, pero con el desarrollo de este último, esta ventaja se ha reducido, lo que ha mantenido a TAB como una técnica de interconexión especializada para controladores de pantalla o similares, que requieren un sistema de ensamblaje rollo a rollo (R2R, carrete a carrete) compatible con TAB.

El conjunto flip-chip resultante es mucho más pequeño que un sistema tradicional basado en un soporte; el chip se asienta directamente sobre la placa de circuito impreso y es mucho más pequeño que el soporte, tanto en área como en altura. Los cables cortos reducen considerablemente la inductancia , lo que permite señales de mayor velocidad, y también disipan mejor el calor.

Los chips Flip tienen varias desventajas.

La falta de un soporte impide su fácil sustitución o instalación manual sin ayuda. Además, requieren superficies de montaje muy planas, lo cual no siempre es fácil de conseguir ni de mantener debido a los ciclos de calentamiento y enfriamiento de las placas. Esto limita el tamaño máximo del dispositivo.

Además, las conexiones cortas son muy rígidas, por lo que la expansión térmica del chip debe coincidir con la de la placa de soporte o las conexiones pueden agrietarse. ^{[ 14 ]} El material de relleno actúa como un intermediario entre la diferencia en el CTE del chip y la placa.