1 Contexto institucional do CTI Renato Archer

No desenvolvimento contemporâneo de microeletrônica e sistemas semicondutores, técnicas avançadas de encapsulamento e interconexão são fundamentais para a miniaturização de dispositivos, aumento da densidade de integração, redução de parasitas elétricos e desenvolvimento de sistemas eletrônicos de maior desempenho.

Nesse cenário, o Centro de Tecnologia da Informação Renato Archer — CTI é uma unidade de pesquisa do Ministério da Ciência, Tecnologia e Inovação — MCTI. A instituição atua desde 1982 em articulação com o setor privado, academia e governo e mantém infraestrutura laboratorial especializada para pesquisa, desenvolvimento e inovação.

Entre as competências oferecidas à sociedade está o serviço de montagem técnica Flip Chip, disponibilizado oficialmente na Carta de Serviços do Governo Federal e enquadrado em Ciência e Tecnologia → Assistência Especializada → Calibração, processos e experimentos.

2 O que é a montagem técnica Flip Chip?

No encapsulamento Flip Chip, a pastilha semicondutora (die) é posicionada com a superfície ativa voltada diretamente para o substrato. As conexões elétricas são estabelecidas por solda ou saliências metálicas — bumps, em vez da tradicional ligação periférica por fios utilizada no wire bonding.

A descrição oficial do serviço do CTI define o processo como embalagem de semicondutores com a face voltada para baixo em relação a um substrato, estabelecendo as conexões elétricas por solda ou saliências metálicas.

Uma das rotas técnicas estudadas pelo próprio CTI utiliza stud bumps de ouro — Au. Em trabalho científico institucional sobre o processo Flip Chip, o CTI documentou a formação de saliências de ouro em pastilhas e o estudo de parâmetros de processo como potência ultrassônica, tempo, força e características geométricas dos bumps.

Equipamentos de montagem Flip Chip podem aplicar alinhamento de precisão, força e condições térmicas adequadas à tecnologia de união selecionada. As condições efetivas dependem dos materiais, geometria dos contatos, substrato e processo validado para cada projeto.

3 Vantagens tecnológicas do Flip Chip

Em comparação com arquiteturas de interconexão baseadas em fios longos, o Flip Chip permite caminhos elétricos significativamente mais curtos. Esse aspecto é particularmente importante em dispositivos que trabalham com maior densidade de integração e sinais de alta velocidade.

Sob o aspecto térmico, arquiteturas Flip Chip também podem favorecer o gerenciamento de calor em determinadas configurações de encapsulamento. O desempenho térmico efetivo, entretanto, depende do projeto completo, materiais de interface, substrato, encapsulamento e solução de dissipação empregada.

4 Experiência tecnológica do CTI em Flip Chip

O uso da tecnologia Flip Chip no CTI não se limita à oferta atual na Carta de Serviços. Documentos históricos e publicações técnicas da própria instituição registram atividades de pesquisa e desenvolvimento relacionadas ao empacotamento eletrônico e à integração de dispositivos.

Relatório institucional referente a 2010 registra o desenvolvimento de tecnologia Flip Chip para empacotamento de dispositivos eletrônicos, além da fabricação de cápsulas herméticas para sensores de infravermelho e microreatores destinados ao monitoramento de sensores de gases associados a nanoestruturas de carbono.

Em relatório de atividades de 2019–2020, o CTI também documentou o uso de tecnologia Flip Chip para alinhamento de precisão entre estruturas montadas face a face em projeto envolvendo trilhas produzidas sobre substratos cerâmicos e cabos flexíveis.

Outra publicação técnica do CTI, dedicada ao Stud Bump Process for Flip Chip Package, descreve o desenvolvimento de processo com bumps de ouro e destaca vantagens como interconexões curtas, módulos compactos, redução de parasitas e capacidade de aplicação na estrutura de pesquisa em empacotamento eletrônico do Centro.

5 Laboratório Aberto, infraestrutura compartilhada e Lei de Inovação

A Carta de Serviços do CTI associa diversos serviços técnicos às expressões Laboratório Aberto e Laboratório Multiusuário. O modelo permite que pesquisadores, empresas e outros usuários tenham acesso a competências e infraestrutura pública especializada sem necessariamente manter toda a estrutura tecnológica em instalações próprias.

Esse modelo dialoga com a Lei Federal nº 10.973/2004 — Lei de Inovação, que estabelece medidas de incentivo à inovação e prevê mecanismos para compartilhamento de instalações, laboratórios, equipamentos e recursos de Instituições Científicas, Tecnológicas e de Inovação.

Para microeletrônica, essa lógica é especialmente relevante porque processos de microfabricação, montagem, encapsulamento, caracterização e ensaios podem depender de equipamentos altamente especializados, controle ambiental e equipes qualificadas.

6 Quem pode utilizar o serviço?

O serviço possui público bastante abrangente. A página oficial informa que podem solicitar o atendimento:

• Pesquisadores;
• Estudantes;
• Empresas;
• Startups;
• Instituições públicas ou privadas;
• Inventores interessados no desenvolvimento de projetos.

Isso permite que a infraestrutura seja utilizada tanto em atividades de pesquisa e divulgação científica quanto em projetos com objetivo de desenvolvimento tecnológico e colocação de soluções no mercado, sempre condicionados à análise de viabilidade do CTI.

Direitos dos usuários de serviços públicos

A Carta de Serviços também reproduz as diretrizes de atendimento da Lei nº 13.460/2017. O usuário deve receber atendimento pautado por:

Quando houver atendimento presencial, a Carta de Serviços informa o direito a instalações salubres, seguras, sinalizadas, acessíveis e adequadas ao atendimento.

Também é assegurado atendimento prioritário nos termos da Lei nº 10.048/2000 às pessoas abrangidas pela legislação e pelas regras vigentes de prioridade de atendimento.

7 Como solicitar a montagem técnica Flip Chip

O fluxo publicado pelo Governo Federal é dividido em três etapas. A comunicação é realizada prioritariamente por e-mail.

8 Informações técnicas recomendadas na solicitação

Embora a página oficial não estabeleça uma lista pública fechada de documentos técnicos obrigatórios para todos os casos, quanto mais completa for a descrição inicial do projeto, maior tende a ser a capacidade da equipe técnica de analisar a viabilidade e elaborar a proposta.

Como preparação prática, é recomendável reunir, quando aplicável:

• Tipo e dimensões da pastilha semicondutora;
• Material e dimensões do substrato;
• Desenho ou mapa das áreas de contato;
• Quantidade, posição e passo dos bumps;
• Material das metalizações existentes;
• Tipo de bump ou processo de conexão pretendido;
• Quantidade de unidades ou protótipos;
• Restrições térmicas ou mecânicas relevantes;
• Finalidade do dispositivo e condições previstas de operação;
• Necessidade de serviços anteriores ou posteriores à montagem.

9 Integração com outros serviços de microeletrônica do CTI

A montagem Flip Chip pode fazer parte de uma sequência tecnológica mais ampla. A Carta de Serviços do CTI reúne diversas atividades que, dependendo do projeto, podem ser complementares à preparação, montagem, caracterização ou avaliação de um dispositivo.

10 Corte de substratos e preparação dimensional

O serviço de corte de substratos do CTI é descrito como processo de empacotamento eletrônico destinado à individualização de circuitos microfabricados com alta precisão dimensional, permitindo sua posterior montagem em estruturas de proteção e acesso às funcionalidades.

A Carta de Serviços informa que o laboratório dispõe de diferentes tipos de lâminas e capacidade para trabalhar com materiais como silício, alumina, quartzo, máscaras fotolitográficas, AlN e outros substratos compatíveis com a infraestrutura disponível.

Em projetos Flip Chip, esse tipo de operação pode ser relevante na fase de preparação ou individualização dos dispositivos, desde que a equipe responsável confirme a compatibilidade técnica.

11 Máscaras, fotolitografia e deposição de metais

O CTI também disponibiliza serviço de fabricação de máscaras por escrita direta, fotolitografia por copiadora e deposição de metais finos.

Na fabricação de fotomáscaras, a instituição informa capacidade de tratamento de dados, processo fotolitográfico, revelação, inspeção e caracterização. A página oficial menciona resolução máxima de linha crítica de 1,0 µm no contexto da capacidade descrita.

Na deposição de metais, o serviço utiliza evaporação térmica sobre diferentes substratos e informa, entre os metais disponíveis, ouro, alumínio e cromo, com parâmetros sujeitos à infraestrutura e à avaliação técnica da instituição.

Esses processos podem ser importantes em projetos que exigem preparação ou modificação de superfícies metálicas, trilhas e estruturas de interconexão antes de uma etapa de montagem.

12 Microssoldagem como tecnologia complementar

Além do Flip Chip, o CTI mantém serviço de microssoldagem, descrito como soldagem de microfios em estruturas microfabricadas aos terminais de cápsulas ou placas de circuito impresso.

Segundo a Carta de Serviços, a divisão responsável possui conhecimento técnico para trabalhar com dies e estruturas não convencionais de complexidades variadas, inclusive com diferentes materiais e dimensões de fios e fitas.

Portanto, Flip Chip e microssoldagem não devem ser tratados como sinônimos: são rotas de interconexão distintas que podem ser escolhidas ou combinadas de acordo com a arquitetura do dispositivo.

13 Ensaios mecânicos e confiabilidade

Para dispositivos cujo projeto demande avaliação mecânica, o CTI mantém serviço de ensaios de choque e vibração.

Segundo a descrição oficial, o choque mecânico simula impactos, quedas ou acelerações repentinas e pode revelar danos estruturais, soltura de componentes, trincas, falhas de conexão ou perda de funcionamento.

Já o ensaio de vibração aplica estímulos contínuos em diferentes frequências e amplitudes, reproduzindo condições que podem ocorrer em transporte, veículos, máquinas ou ambientes industriais. Entre os modos de falha mencionados oficialmente estão fadiga mecânica, afrouxamento de fixações, ruptura de soldas e mau contato elétrico.

A inclusão desse tipo de ensaio em um projeto Flip Chip dependerá dos requisitos de confiabilidade definidos para o produto ou protótipo.

14 Caracterização, análise de falhas e contaminação

Em fases posteriores da engenharia do dispositivo, técnicas de caracterização podem ser utilizadas para investigar interfaces, materiais ou mecanismos de falha.

O catálogo do CTI inclui análise por microscopia eletrônica de varredura, serviços de análise de falhas e abertura de encapsulamento, entre outras capacidades.

Há ainda o serviço de ensaio de contaminação iônica em placas eletrônicas, cuja finalidade oficial é determinar o conteúdo iônico total presente na superfície de placas nuas ou montadas.

Em aplicações de alta confiabilidade, a escolha da combinação correta de ensaios deve decorrer do modo de falha investigado e das especificações técnicas do projeto, e não apenas da disponibilidade do equipamento.

15 Recomendações estratégicas para o solicitante

1. Faça a avaliação de compatibilidade antes de fabricar todo o lote

Projetos Flip Chip dependem da compatibilidade entre metalizações, geometria das ilhas de contato, bumps, substrato e processo de montagem. Sempre que possível, a interação com a equipe técnica deve ocorrer ainda na etapa de definição do dispositivo.

2. Envie dados técnicos suficientes

Evite uma solicitação contendo apenas a expressão “montagem Flip Chip”. Desenhos, materiais, dimensões e quantidades ajudam a equipe a avaliar a viabilidade e reduzir sucessivas solicitações de esclarecimento.

3. Planeje o processo como uma cadeia tecnológica

Verifique antecipadamente se o chip precisa ser individualizado, se o substrato exige metalização, se haverá necessidade de microssoldagem e quais testes serão necessários depois da montagem.

4. Não assuma prazo antes da análise do CTI

A página oficial informa que o tempo total do serviço ainda não é previamente estimado. Projetos com datas críticas devem considerar essa variável antes de comprometer etapas subsequentes de fabricação.

5. Considere a estratégia de prototipagem

Em projetos experimentais, pode ser prudente avaliar a montagem de uma quantidade piloto antes de avançar para lotes maiores, sempre que isso for tecnicamente e comercialmente viável.

6. Defina previamente os critérios de sucesso

Antes de contratar ensaios posteriores, determine quais propriedades precisam ser verificadas: continuidade elétrica, estabilidade mecânica, resistência ambiental, integridade do encapsulamento ou outros requisitos aplicáveis.

16 Checklist antes de entrar em contato com o CTI

• Definir o objetivo técnico da montagem;
• Identificar o chip ou die a ser montado;
• Confirmar dimensões do dispositivo;
• Identificar o material e dimensões do substrato;
• Preparar mapa ou desenho das interconexões;
• Identificar metalizações existentes;
• Informar características conhecidas dos bumps;
• Definir quantidade pretendida de dispositivos;
• Indicar restrições térmicas ou mecânicas relevantes;
• Verificar se serão necessários serviços complementares;
• Encaminhar a demanda para servicos@cti.gov.br;
• Aguardar a avaliação de capacidade e disponibilidade;
• Conferir cuidadosamente a proposta técnica/comercial;
• Formalizar o aceite e pagamento conforme orientações do CTI;
• Guardar toda a comunicação técnica para rastreabilidade do projeto.

17 Perguntas frequentes

18 Conclusão

O serviço de montagem técnica Flip Chip do CTI Renato Archer oferece acesso a uma competência especializada de empacotamento e interconexão de semicondutores dentro da infraestrutura pública brasileira de ciência, tecnologia e inovação.

Sua relevância está não apenas na operação de montagem propriamente dita, mas na possibilidade de integrar o serviço a outras competências do CTI em microfabricação, corte de substratos, microssoldagem, caracterização, ensaios mecânicos, testes e análise de materiais e componentes.

Para universidades, pesquisadores, startups, empresas e inventores, o modelo de Laboratório Aberto permite avaliar projetos que, de outra forma, poderiam exigir infraestrutura própria de alto custo.

O sucesso da contratação, porém, depende de uma etapa essencial: apresentar corretamente o problema técnico. Materiais, geometria, dimensões, quantidade, metalizações e requisitos do produto devem ser analisados antes de transformar a demanda em proposta e execução.