Διασυνδέσεις και συναρμολόγηση ηλεκτρονικών κυκλωμάτων με τη χρήση της τεχνικής  LIFT

Μαργαρίτη, Ελένη; Margariti, Eleni

dc.contributor.author	Μαργαρίτη, Ελένη	el
dc.contributor.author	Margariti, Eleni	en
dc.date.accessioned	2020-04-01T16:33:24Z
dc.date.available	2020-04-01T16:33:24Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/50020
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.17718
dc.description	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο--Μεταπτυχιακή Εργασία. Διεπιστημονικό-Διατμηματικό Πρόγραμμα Μεταπτυχιακών Σπουδών (Δ.Π.Μ.Σ.) “Μικροσυστήματα και Νανοδιατάξεις”	el
dc.rights	Αναφορά Δημιουργού-Μη Εμπορική Χρήση-Όχι Παράγωγα Έργα 3.0 Ελλάδα	*
dc.rights.uri	http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/gr/	*
dc.subject	Άμεση εκτύπωση με λέιζερ	el
dc.subject	Συγκολλητική πάστα	el
dc.subject	Διασυνδέσεις	el
dc.subject	Συσκευασία ολοκληρωμένων κυκλωμάτων	el
dc.subject	Εκτυπωμένα ηλεκτρονικά	el
dc.subject	Μέθοδος συσκευασίας των τσιπ	el
dc.subject	Laser-induced forward transfer	en
dc.subject	Solder paste	en
dc.subject	Printed interconnects	en
dc.subject	Packaging	en
dc.subject	Printed integrated circuit board	en
dc.subject	Flip chip packaging	en
dc.title	Διασυνδέσεις και συναρμολόγηση ηλεκτρονικών κυκλωμάτων με τη χρήση της τεχνικής LIFT	el
heal.type	masterThesis
heal.classification	Bonding of electronics	en
heal.language	el
heal.access	campus
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2019-07-02
heal.abstract	Η τεχνολογία των διασυνδέσεων στα μικροηλεκτρονικά συστήματα έχει εξελιχθεί τις τελευταίες δεκαετίες, καθώς τα υλικά έχουν εξελιχθεί και το μέγεθος των συσκευών έχει μειωθεί. Η πιο ευρέως προσαρμοσμένη μέθοδος κατασκευής διασυνδέσεων σε ολόκληρη τη βιομηχανία ηλεκτρονικών εξακολουθεί να είναι η παραδοσιακή συγκόλληση καλωδίων (wire bonding). Ωστόσο, καθώς μειώνονται τα μεγέθη των επαφών και των δεσμών, έχουν καταστεί εμφανείς περιορισμοί στη χρήση της μεθόδου αυτής. Για να ξεπεραστούν τα εγγενή μεγέθη και οι περιορισμοί της συσκευασίας της συγκόλλησης σύρματος, η μέθοδος συναρμολόγησης σε βάση του επιπέδου (flip chip wafer scale packaging) έχει γίνει μια ελκυστική εναλλακτική λύση. Η λύση αυτή προσφέρει τα πλεονεκτήματα των μικρών αποτυπωμένων κυκλωμάτων, μικρότερο διάστημα απόστασης και μικρότερη αντίσταση και επαγωγή λόγω βραχύτερων διασυνδέσεων. Οι διασυνδέσεις που χρησιμοποιούνται στη μέθοδο αυτή, μπορούν να επιτευχθούν χρησιμοποιώντας τεχνικές πρόσκρουσης όπου τα στηρίγματα προσαρμόζονται απευθείας στις επαφές των ολοκληρωμένων κυκλωμάτων. Εκτός από την πρόσκρουση στηριγμάτων, χρησιμοποιείται συγκόλληση για flip-chip packaging, στις οποίες τοποθετούνται συγκολλητικά είτε στη μήτρα είτε στον φορέα. Όταν η συγκόλληση χρησιμοποιείται ως υλικό πρόσκρουσης, μπορεί να αναδιαμορφωθεί, εξαλείφοντας την ανάγκη για θερμοσυμπίεση ή θερμοσυσσωρευτική σύνδεση. Ενώ είναι ξεκάθαρο ότι τα ‘’στηρίγματα’’ για χρήση σε εφαρμογές flip-chip έχουν πλεονεκτήματα σε σχέση με τις παραδοσιακές διεργασίες συγκόλλησης καλωδίων, συμπεριλαμβανομένου του μικρότερου αποτυπωμένου κυκλώματος, υπάρχουν μερικά μειονεκτήματα, συμπεριλαμβανομένου του κόστους κατασκευής και του χρόνου. Συγκεκριμένα, αυτές οι μέθοδοι συσκευασίας προσδίδουν πολυπλοκότητα στη διαδικασία κατασκευής, δεδομένου ότι στηρίζονται είτε στη θερμοσυμπίεση είτε στη θερμοσυσσωματική σύνδεση. Για να ξεπεραστούν αυτοί οι περιορισμοί, προτείνουμε στη συγκεκριμένη εργασία τη χρησιμοποίηση της επαγόμενης από λέιζερ μεταφοράς προς τα εμπρός σε διασυνδέσεις εκτύπωσης απευθείας πάνω σε επαφές συσκευών, ακολουθούμενη από την τυπική επεξεργασία τεχνολογίας επιφανειακής στήριξης (surface mount technology,SMT). Ενώ η πρόσκρουση μέσω σφαιρών είναι μια εγγενώς σειριακή διαδικασία, η οποία σημαίνει ότι για μεγάλο αριθμό διασυνδέσεων μπορεί να μην είναι ο πιο αποτελεσματικός τρόπος για να τοποθετηθούν διασυνδέσεις, η χρήση της εκτύπωσης με λέιζερ μπορεί να αυξήσει δραματικά την ταχύτητα με την οποία τοποθετούνται τα προσκολλητικά (bumps) . Μέσω της χρήσης γαλβανομετρικών κατόπτρων σάρωσης, η δέσμη λέιζερ μπορεί να σαρώσει περιοχές μέχρι ~ 5m / s πράγμα που υποδηλώνει ότι οι διασυνδέσεις μπορούν να παραχθούν πολύ γρηγορότερα από ό, τι με άλλες μεθόδους. Στην παρούσα μεταπτυχιακή εργασία, μελετήθηκε η δυνατότητα εκτύπωσης της συγκολλητικής πάστας με τη τεχνική Laser-Induced Forward Transfer (LIFT) . Συγκεκριμένα, πραγματοποιήθηκε μια παραμετρική μελέτη για την εύρεση των κατάλληλων συνθηκών εκτύπωσης του υλικού, οι οποίες συσχετίζονται με τη ροή ενέργειας του λέιζερ, τη διάμετρο του σποτ του λέιζερ, την απόσταση δότη υποστρώματος, το πάχος του υλικού στο δότη, η χρήση ενδιάμεσου απορροφητικού στρώματος και τα διαφορετικά υποστρώματα. Τα αποτελέσματα αυτά, χαρακτηρίστηκαν με τη χρήση προφιλομέτρου και επίσης υπολογίστηκε κι ο όγκος των σφαιριδίων αμέσως μετά την εκτύπωση. Στη συνέχεια για τη κατανόηση του φαινομένου εκτύπωσης πραγματοποιήθηκαν λήψεις βίντεο από κάμερα υψηλής ταχύτητας παρατηρώντας τη διαδικασία εκτύπωσης σε κάθε περίπτωση. Έπειτα μελετήθηκε η δυνατότητα κατασκευής γραμμών, οι οποίες υποβλήθηκαν σε ένα προσεγγιστικό στάδιο ανόπτησης σε συμβατικό φούρνο και μετρήθηκε με ηλεκτρικές μετρήσεις Ι-V η αγωγιμότητά τους. Τα αποτελέσματα δείχνουν ότι το LIFT αποτελεί μια αξιόπιστη τεχνική εκτύπωσης της συγκολλητικής πάστας, καλύπτοντας εφαρμογές συσκευασίας ολοκληρωμένων κυκλωμάτων μικρής κλίμακας.	el
heal.abstract	The technology associated with the interconnects of the electronic devices has developed over the past decades, as the materials have changed and the dimensions of the circuits have decreased. The most common used technique for the fabrication of the interconnects in the industrial sector is the traditional wire bonding. However, as the dimensions of the pads get smaller, there are some limitations in the use of this technique. To overcome these limits, flip chip wafer scale packaging has been used as a really attractive method. This method, offers the advantages of printed circuit boards, with smaller gap and smaller resistance. There are two different techniques emerging from this method. The first one is the usage of stump bump bonding and the second one is bonding with solder paste. In the first case there is a need of thermocompression or thermosonic bonding to achieve the desirable results. For this reason, we propose the use of Laser-Induced Forward Transfer technique to print directly the solder paste on the metallic pads. The usage of galvanometric mirrors allows us to process areas with high speed, up to 5m/s , which means that with this technique we can fabricate interconnects faster than the methods that already exist. In this work, we studied the possibility of printing the solder paste using the Laser-Induced Forward Transfer technique. We have done a study to find out the appropriate parameters for printing solder paste, such as the laser fluence, the spot size of laser beam, the donor-receiver gap, the donor thickness, the DRL and different substrates. Our results had a characterization using profilometer and electrical measurements. Following this, we used a high speed camera to take videos of the printing process so as to understand the printing mechanism of solder paste in each case. Next we studied the possibility of printing lines with solder paste and we did a reflow process to make them sintered and calculate the resistivity. Our results have shown that LIFT is a promising technique for printing the solder paste and could have a wide range of applications in the packaging of the integrated circuits.	en
heal.advisorName	Ζεργιώτη, Ιωάννα	el
heal.committeeMemberName	Ζεργιώτη, Ιωάννα	el
heal.committeeMemberName	Ράπτης, Ιωάννης	el
heal.committeeMemberName	Τσουκαλάς, Δημήτριος	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Εφαρμοσμένων Μαθηματικών και Φυσικών Επιστημών	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	120
heal.fullTextAvailability	true