光学素子フリップチップ実装

レーザーや高輝度 LED などを含む光学素子は、微細電子デバイス実装の製造工程に於いて新たな技術課題を必要としています。ファインテック社は、温度、圧力、および時間に関するボンディングパラメータを効率良く制御し、光学素子を高精度に実装するダイボンディング装置により、この課題に対処しています。

光学部品と回路素子の位置合わせを高精度に実装することは、アセンブリのライフタイムに貢献し、また最高の性能と、高い信頼性の維持の為に重要です。繊細な回路要素に対しての正確な初期配置と接合は、ダイボンディング装置の機能及び制御に依存され、結果として実装された部品の製品寿命を長期間に渡って維持します。

部品実装には、ハンダ実装が最も多く使用され、特に高密度フリップチップ実装では、ソルダーバンプ技術が多く使われます。金-すず(AuSn)ハンダプリフォームはダイの実装、ヒートシンクの実装時にフラックスレスのシーリング密閉に長年用いられてきました。

最近では金-すず ハンダ実装は、光学素子を正確にフリップチップ実装する際に多く使用されます。金-すず 実装はこれらのアプリケーションで多くの利点を提供します。


金-すず ハンダ接合のアドバンテージ

フラックスレス

一般的なハンダとは異なり、金-すず は酸化物を除去して表面処理をする化学溶剤を必要としません。 実装プロセスにおいてフラックスを除去する、又は短時間に除去する事は光学素子の表面からフラックス残渣の汚染を防ぐ事が出来ます。

硬度

金-すず は非常に硬いハンダ接合を形成し、緩和、接合変形を防ぎ長期間に渡って形状が保持されます。

濡れ性

金-すず ハンダ接合は容易にパッド部分の濡れ性を高め、強度、均一性、ボイドのない接合を実現します。

腐食に強い

金-すず ハンダ接合は腐食に強く、他の材料による追加の保護措置を必要としません。

優れた熱特性

高密度パッケージングの際に懸念される過度のストレスを引き起こさず、高い熱伝導率により効率よく熱を発散させます。

高い電気伝導度

金の熱伝導度は高い為、ハイパワーデバイスにおいて、低抵抗率の接続を実現します。

長期の安定性

ニッケル、パラジウム、プラチナなどの上に使う事で、合金成長率が低くなります。

鉛フリー

金-すず ハンダ接合によるデバイスは、無鉛ハンダが指定される何年も前から使用され、少ないながらも汎用として使われていました。


金-すず ハンダ接合のトレードオフ

活性化した環境

フラックスを取り除く事は、酸化した表面からフラックスを除去する事です。 その代わりに金-すず実装では、活性化した環境を制御して酸化現象を防ぎます。

許容が小さいプロセス制御

バンプ形成や実装時に所定の性能を得る為に、金-すずハンダ接合では詳細なプロセス制御が必要になります。


金-すず バンプ形成

金-すず 相関図


図1参照。金-すずのプロセス条件表によると、共晶温度は 278℃ で質量比 金:すず=80:20 の合金になります。 この共晶比を超えると金の成分が増加し、融解温度が上昇します。

例えば、金の組成が1%増加すると、温度は 30℃ 上昇します。 正確に成分比率を制御する事が Au80-Sn20 の比率でのバンプ形成制御に求められます。

正確な場所に薄いすずの膜を形成して厚い金を電気的に形成することが、バンピング形成の方法として使われています。 必要とされる共晶構成比を得る為にバンプのリフローが必要となります。

他のバンピングの方法は、正確な比率で金-すずを交互に順序よく蒸発させ、ハンダ表面にリフローしていきます。合金の電気プレーティングにより、単一組成の制御された、金-すず合成を得る事ができます。


光学素子の実装プロセス

金-すず を用いた光学素子の実装プロセスには、デバイスに対して正確なアライメントと位置制御を行い、又、ボンディング温度と荷重、時間のクローズドコントロールが必要です。プログラム制御されたファインテック社のダイボンディング装置は、自動的にプロセス制御を行い、高精度な実装が可能です。以下のビデオは、ファインテック社の高精度ダイボンディング装置のレーザーバーを正確に実装するデモになります。


実装のデモンストレーションビデオ

金-すず ハンダ接合のレーザーバー実用例 - 
ファインテック社のダイボンディング装置


このビデオはレーザーバーに対して、1μm 以下の精度でアライメント位置制御を実行し、サブマウント基板とのソルダリング工程を実現しています。


まとめ

金-すず、共晶ハンダ方法には、他のハンダ装着方法にはない、多くの利点があり、光学素子を安定して実装致します。 実装プロセスにはクローズド制御が求められ、ファインテック社高精度ダイボンディング装置により、1μm の精度で光学素子に対して位置制御が可能で、ハンダ接合が行えます。


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