Study to develop process controls for line certification on hybrid microcircuits Final report, Nov. 1970 - Feb. 1971

Basic process steps for fabrication of thick or thin film microcircuits for NASA us

Investigation of discrete component chip mounting technology for hybrid microelectronic circuits

The use of polymer adhesives for high reliability microcircuit applications is a radical deviation from past practices in electronic packaging. Bonding studies were performed using two gold-filled conductive adhesives, 10/90 tin/lead solder and Indalloy no. 7 solder. Various types of discrete components were mounted on ceramic substrates using both thick-film and thin-film metallization. Electrical and mechanical testing were performed on the samples before and after environmental exposure to MIL-STD-883 screening tests

Développement de procédés avancés d'encapsulation de composants microélectroniques basés sur les techniques de thermocompression

L'un des grands défis de la recherche et développement est d'optimiser l'ensemble du cycle de fabrication d'un produit microélectronique, depuis sa conception jusqu’à sa tenue mécanique en service. Un objectif essentiel des entreprises était de réduire le temps de cycles d’assemblage afin de minimiser les coûts de production. La phase d’assemblage des composants microélectroniques est l'une des étapes clé qui doit être bien optimisée afin d’atteindre l’objectif de minimisation du temps de cycle. La méthode d'assemblage traditionnelle des puces par refusion (en anglais mass reflow MR) convenait généralement à une fabrication à grand volume, en particulier pour des puces à pas standard d'environ 150 μm. Cependant, la forte demande du marché pour des interconnexions à pas plus fin, pour permettre un nombre d'entrée/sortie (Input/Output : I/O) plus élevé dans un facteur de forme plus petit, a entraîné une transition du processus de la liaison MR conventionnel à l'assemblage par thermocompression (en anglais ThermoCompression Bonding TCB). Bien que le procédé TCB offre un assemblage de plus grande précision et permet l'utilisation des pas d'interconnexion plus fins, il présente également de nouveaux défis. L'un des problèmes majeurs de l'assemblage TCB est qu'il s'agit d'un processus assez long, dans lequel chaque puce doit être passée indépendamment à travers un cycle TCB complet, incluant le chauffage, le maintien de la température et le refroidissement. Cela entraîne une diminution significative de la productivité par rapport au MR. Le débit de production peut être amélioré en réduisant le temps nécessaire pour atteindre les températures de processus requises. Cependant, des variations thermiques peuvent se produire aux interfaces de liaison, entraînant une mauvaise uniformité de température sur la surface de la puce et conduisant à des régions où le point de fusion de la brasure n'est pas atteint. Ainsi, il est extrêmement important de prévoir et contrôler la température réelle à l'interface de liaison afin d’obtenir une bonne uniformité thermique et des joints de brasure sans défaut. C'est dans cette perspective que s'inscrit les travaux menés dans la première partie de la thèse. Le premier objectif de cette étude était donc de déterminer la durée minimum de temps de chauffe nécessaire assurant une uniformité de température optimal et par conséquent des joints de brasure de bonne qualité. Pour atteindre cet objectif, il fallait alors proposer et valider une nouvelle méthodologie pour estimer la température d'interface lors d'un processus TCB. Une évaluation de l'influence de différentes vitesses de chauffe sur la distribution de température à travers la surface de la puce, ainsi que sur la qualité de liaison résultante, a été réalisée à l’aide d’un capteur de type RTD (). Les résultats ont montré que les défauts de brasure observés aux interfaces de liaison peuvent éventuellement être liés à une mauvaise uniformité de température, liée à des vitesses de chauffe élevées. Des variations thermiques acceptables ont été trouvées à une faible vitesse de chauffage de 80°C/s. Par conséquent, pour surmonter les températures de processus élevées et leurs effets néfastes sur la productivité, le développement d'une nouvelle méthode d’assemblage TCB à basse température devient primordiale. Le développement d’une nouvelle méthode de liaison par thermocompression à l'état solide détecteur de température résistif, Resistance Temperature Detector en anglais était donc notre second objectif dans cette étude. Cette méthode est basée sur la création d'une liaison mécanique temporaire initiale au début du processus de packaging (en utilisant une pression à une température inférieure au point de fusion de la brasure). Les joints de iv brasure seront entièrement refondus à la fin du processus de packaging, lorsque les billes de brasure BGA (ball-grid-array) seront brasées au substrat. Cette nouvelle méthode peut surmonter les limitations associées au processus TCB conventionnel, notamment la température élevée, le processus d'assemblage lent et les contraintes mécaniques élevées. Une investigation a été menée pour déterminer les conditions d'assemblage appropriées à appliquer pendant ce processus. Des investigations supplémentaires ont été également menées pour explorer le mécanisme d'assemblage responsable de l’assemblage mécanique temporaire. Les résultats préliminaires de cette méthode sont prometteurs, montrant des joints de brasure de bonne qualité formés en un temps d'assemblage très court (6 secondes) et à des températures bien inférieures au TCB conventionnel (200°C)

Parts, materials, and processes experience summary, volume 2

This summary provides the general engineering community with the accumulated experience from ALERT reports issued by NASA and the Government-Industry. Data Exchange Program, and related experience gained by Government and industry. It provides expanded information on selected topics by relating the problem area (failure) to the cause, the investigation and findings, the suggestions for avoidance (inspections, screening tests, proper part applications, requirements for manufacturer's plant facilities, etc.), and failure analysis procedures. Diodes, integrated circuits, and transistors are covered in this volume

ISPET: Interface Sintering Process Enhanced Technology

The research presented in this thesis was carried out in VISHAY Semiconductor Italiana S.P.A. at Borgaro Torinese - Italy. The framework of this thesis is the study of new materials for power electronics application, analysing their thermal, mechanical and electrical properties. Emerging application of high power systems requires new methods for power electronics integration and packaging. Stringent requirements in size and weight, reliability, durability, ambient and operation temperatures are pushing to go beyond the limits in industrial applications. As a consequence, our studies are focused on power modules, incorporating new materials and technology processes (sintering) for dies or chips (silicon), substrates and interconnection materials (wire bonding). This thesis work starts introducing the power semiconductor devices used in power electronics and their integration on Power Integrated Circuits (low and medium power density) and Power Modules (medium, high and very high power density). This chapter will explain technology evolution, power semiconductor device utilization mode and some applications. Chapter 2 will be focused on power modules packages. They have an important role for providing cooling, electrical connection and correct insulation, between the internal semiconductor devices and the external circuit. Isolated and non isolated packages are analysed and compared. Chapter 3 will make a point on the methods of thermal characterization and reliability tests, that were implemented to evaluate the impact of the introduction of new materials and processes into the device. In chapter 4, first experimental results, related to the sintering process will be discussed. In this chapter the attention will be focused on the Chip to substrate Joint of the device, analysing methods to mechanically fix die to substrate. The sintering process will be treated, analysing the process and the results will be thermally and mechanically characterized. The chapter 5 will present the experimental part oriented to the combinations of materials to produce a better heavy wire bonding, supported by a Design of Experiments (DOE). The behaviour of didifferent wires will be compared through thermal characterization methods and reliability test