Ultraschall-Flip-Chip-Bonden für das UNAM der Bilkent-Universität

Wie Finetech trotz COVID-19-Pandemie das Nationale Nanotechnologie-Forschungszentrum (UNAM) in der Türkei bei der Nachrüstung und dem erfolgreichen Einsatz ihres FINEPLACER® Systems für eine anspruchsvolle Ultraschall-Flip-Chip-Bonding-Anwendung unterstützt hat.

Das UNAM der Bilkent-Universität führt bedeutende R&D-Projekte in den Forschungsfeldern Nanowissenschaften, Nanotechnologie, Biotechnologie und Materialwissenschaften durch. Das Ziel des UNAM ist es, als "nationales Labor" wirkungsvolles und nützliches Wissen zu generieren und Spitzenforschung mit gesellschaftlichem Nutzen und für globale Innovationen zu ermöglichen. Die Ausbildung von erstklassigem Fachpersonal für Forschung und Entwicklung und die Schaffung neuer Technologien mit hohem Mehrwert zählen dabei zu den Kernaufgaben.

Bereits im Jahr 2014 erwarb die UNAM ein FINEPLACER® Mikromontagesystem, um seine Forschungsinfrastruktur zu stärken und das Werkzeug auch anderen Anwendern aus Wissenschaft und Industrie zur Verfügung zu stellen. Zuletzt sollte der Die Bonder im Rahmen des TÜBITAK (The Scientific and Technological Research Council of Turkey) Programms 1003  (Primary Subjects R&D Funding Program) eingesetzt werden. Ziel ist die Entwicklung einer anspruchsvollen Ultraschall-Flip-Chip-Bonding-Anwendung zwischen einem CMUT Array Sensor Chip und ASIC Chipsaus dem Bereich der Datenkommunikation .

Allerdings gab es zwei Haken: erstens war die Maschine bei ihrer Anschaffung nicht für das Ultraschall-Bonden spezifiziert worden, und zweitens wurde der ursprünglich geschätzte Kraftbedarf pro Ball-Bump als unzureichend für das Thermokompressions-Flip-Chip-Bonden oder das Ultraschall-Flip-Chip-Bonden von etwa 140 aus Golddraht bestehenden Ball-Stud-Bumps angesehen.

Intensiv-Schulung trotz Corona

Der Projektleiter des Arbeitspakets zur Entwicklung des Flip-Chip Bonding-Prozesses, Dr. Mehmet Yilmaz, hatte aufgrund seiner früheren Studien erste Erfahrungen mit Finetech-Anlagen. Um sich aber auf den neuesten Stand zu bringen, wandte sich Dr. Mehmet Yilmaz an Finetech, und gemeinsam wurde ein Schulungsplan entwickelt. Aufgrund der COVID-19-Pandemie, die eine Schulung vor Ort unmöglich machte, wurden ein Doktorand von Dr. Yilmaz, Mehmet Halit Öztürk, und der Projektmitarbeiter der Universität Hakkari, Dr. Fikret Yildiz, per Videokonferenz, Telefon, TeamViewer und E-Mail umfassend geschult. Dank des engagierten Einsatzes aller Beteiligten und der intuitiven Bedienung des Die Bonders waren Mehmet Halit Öztürk als Prozessverantwortlicher, der Projektleiter Dr. Mehmet Yilmaz und der Mitarbeiter Dr. Fikret Yildiz schnell in der Lage, alle Prozessschritte der Mikromontage an der Maschine selbstständig durchzuführen.

Upgrade auf Ultraschall

Die Flip-Chip-Bonding-Anwendung setzt sich aus Materialien zusammen, die sehr kraftaufwändig (z.B. Gold Stud Bumps aus Drähten mit 25 Mikrometern Durchmesser) und hitzeempfindlich sind (z.B. ASIC-Chips) und bei denen die Kompatibilität zwischen Substrat-Pad und Bump-Material nicht gegeben ist (z.B. Gold-Substrat-Pad ohne Metallisierung unter dem Bump). Bonding-Technologien wie Löten, Kleben oder Thermokompressions-Bonden, die üblicherweise für die Montage von Chips mit vielen Stud Bumps verwendet werden, sind daher keine echte Option. Stattdessen wurde das Thermo-Sonic Bonding, eine Kombination aus Ultraschallerwärmung und konduktiver Erwärmung, als möglicher Prozessansatz in Betracht gezogen. Der Umstand, dass die Maschine am UNAM ursprünglich nicht für Ultraschallanwendungen ausgelegt war, spielte dabei keine Rolle. Dank der modularen Geräteplattform des FINEPLACER® können bei entsprechenden Voraussetzungen auch noch Jahre nach der Anschaffung neue Technologien und Verfahren über entsprechende Erweiterungsmodule direkt vor Ort hard- und softwareseitig vollständig in das System integriert werden. Dies ermöglicht eine flexible und zukunftssichere Nach- und Aufrüstung über die gesamte Lebensdauer der Maschine. Das ist äußerst wertvoll, wenn sich die Anforderungen an die Anwendung ändern, was im R&D-Umfeld ja eher die "Regel" als die Ausnahme darstellt.

"Ich habe die schnelle Erreichbarkeit und persönliche Kommunikation mit meinen Ansprechpartnern bei Finetech sehr geschätzt. Trotz der COVID-19-Beschränkungen haben sie keine Mühen gescheut, um mit uns die anspruchsvolle Ultraschall-Flip-Chip-Bonding-Anwendung auf den Weg zu bringen."

Dr. Mehmet Yilmaz, Projektleiter, Bilkent-Universität UNAM und Institute of Materials Science and Nanotechnology

Die Ultraschall-Anwendung des UNAM ist aufgrund der hohen Anforderungen an die Koplanarität und des voraussichtlich engen Prozessfensters sehr anspruchsvoll. Darüber hinaus ergeben sich besondere technische Herausforderungen durch die hohe Anzahl an Stud Bumps in Kombination mit einem Ultraschallprozess. Dank des in den letzten 30 Jahren erworbenen Prozess-Know-hows konnte Finetech hierfür umfassende Unterstützung bieten. Auch waren die Finetech-Ingenieure maßgeblich an der Entwicklung eines kundenspezifischen Ultraschallwerkzeugs sowie einer kundenspezifischen Halterung für den Substrat-Chip beteiligt, um die Ultraschallenergie genau auf den Bereich zu fokussieren, in dem sie benötigt wird. In dieser Phase der technischen Beratung und Prozessentwicklung wurden aufgrund der COVID-19-Situation alle möglichen digitalen Kommunikationskanäle genutzt. Dr. Yilmaz schätzte besonders die einfache Erreichbarkeit und die persönliche Kommunikation mit seinen Ansprechpartnern bei Finetech in dieser Zeit.

Erfolgreicher Projektstart

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass der Prozesseigner und Doktorand Mehmet Halit Öztürk sowie Dr. Yilmaz und Dr. Yildiz trotz der schwierigen Bedingungen der COVID-19-Pandemie sich in kurzer Zeit mit der Maschine vertraut machen konnten. Die Entwicklung der anspruchsvollen Ultraschallanwendung für das Flip-Chip-Bonding wurde durch die Nachrüstung der vorhandenen Maschine und die Lieferung maßgeschneiderter Hardwarelösungen erfolgreich eingeleitet. Darüber hinaus leistete Finetech wertvolle technische Unterstützung und konnte Dr. Yilmaz und seine Partner erfolgreich durch den Start des Projekts begleiten.

Ihr Kontakt Stephen McDonough

Finetech USA/East Coast
+1 603 627 8989
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