Impact des charges de compression sur l’intégrité des puces renversées sur un substrat organique sans capot et sans encapsulant

Description :

La tendance actuelle vers l’encapsulation d’un assemblage comportant plusieurs puces favorise l’incorporation d’un procédé de réusinage compatible avec l’enlèvement et le remplacement d’une puce défectueuse. La vérification électrique est un procédé inhérent au réusinage qui identifie facilement les puces défectueuses sans en compromettre leur intégrité. Malheureusement, l’aspect qui optimise l’intégrité mécanique et électrique des dispositifs, soit l’encapsulant (underfill), rend les étapes subséquentes d’enlèvement des puces extrêmement difficile. Il devient alors souhaitable d’évaluer le comportement de certaines puces sans underfill qui sont sujettes aux conditions de vérifications électriques souhaitées afin de déterminer s’il existe une zone de test favorable à la qualité et la fiabilité du produit. Ceci est d’autant plus vrai en considérant le peu de données publiées concernant un chargement en compression qu’une puce sans underfill et sans capot peut supporter.

Ce projet de recherche présente une étude du comportement des puces renversées sans capot, utilisant un alliage SAC sans plomb pour les interconnexions, face à une charge compressive appliquée directement. Les puces sont assemblées sur un substrat organique sans underfill dans une configuration à plusieurs puces. Pour différentes tailles de puces, une série de compressions ont été observées afin de couvrir une vaste étendue de forces potentiellement utilisées pour assurer le contact électrique du laminé non planaire. Les chargements ont été faits à température ambiante et élevée ainsi qu’à angle normal et incliné.

La caractérisation par l’analyse des courbes de chargement, la coplanarité, la mesure des hauteurs des interconnections et la tomographie par rayon X a démontré qu’un angle normal ne provoquait qu’une légère déformation qui était relativement indépendante de la température ou de la force dans l’étendu testé. Bien que les données de fluage semblent entrer dans le cadre des modèles précédemment publiés et un nouveau modèle plus juste a été créé avec l’aide de test de nanoindentation.

L’inclinaison du chargement a démontré produire des déformations significatives qui, durant un test électrique typique de 20 minutes, étaient similaire pour un faible ou un grand chargement. Par contre, ces déformations avaient tendance à être plus importantes pour une température élevée et pour une petite taille de puce. De telles déformations ont démontrés induire une recristallisation des grains en une taille plus fine sans retrouver leur forme après un recuit. De plus, les déformations sévères ont démontrées une présence de fissurations à température ambiante et d’espace réduit à température élevée pouvant nuire à l’intégrité de l’assemblage.

Un cyclage thermique de 1000 cycles n’a pas induit de défaillance électrique pour le nombre d’échantillons testés, mais des tests avec un plus grand échantillonnage sont recommandés.

En somme, cette étude conclue qu’une vérification électrique dans des conditions normales d’une puce sans capot ne va pas endommager l’intégrité des interconnections sans plomb. Toutefois, un contrôle des procédés robustes est nécessaire afin d’éviter des conditions anormales résultant en une inclinaison de la charge qui pourrait compromettre l’intégrité des assemblages.

Mots-clés : sans underfill, sans capot, sans plomb, test électrique, MCM, réusinage, déformation, fluage.

Conférencier : Antoine Cloutier, étudiant à la maîtrise en génie électrique