Studie o polovodičové matriciproces lepení, včetně procesu lepení lepidlem, procesu eutektického lepení, procesu lepení měkké pájky, procesu lepení slinováním stříbra, procesu lepení lisováním za tepla, procesu lepení flip čipem. Jsou představeny typy a důležité technické ukazatele zařízení pro spojování polovodičových zápustek, analyzován stav vývoje a výhledový trend vývoje.
1 Přehled polovodičového průmyslu a obalů
Polovodičový průmysl konkrétně zahrnuje upstream polovodičové materiály a zařízení, střední výrobu polovodičů a následné aplikace. Polovodičový průmysl mé země začal pozdě, ale po téměř deseti letech rychlého rozvoje se moje země stala největším spotřebitelským trhem polovodičových produktů na světě a největším světovým trhem s polovodičovými zařízeními. Polovodičový průmysl se rychle rozvíjí v režimu jedné generace zařízení, jedné generace procesu a jedné generace produktů. Výzkum v oblasti polovodičových procesů a zařízení je hlavní hnací silou pro neustálý pokrok průmyslu a zárukou industrializace a hromadné výroby polovodičových produktů.
Historie vývoje technologie balení polovodičů je historií neustálého zlepšování výkonu čipů a neustálé miniaturizace systémů. Vnitřní hybná síla obalových technologií se vyvinula z oblasti špičkových smartphonů do oblastí, jako je vysoce výkonná výpočetní technika a umělá inteligence. Čtyři fáze vývoje technologie balení polovodičů jsou uvedeny v tabulce 1.
Jak se uzly procesu polovodičové litografie pohybují směrem k 10 nm, 7 nm, 5 nm, 3 nm a 2 nm, náklady na výzkum a vývoj a výrobu dále rostou, výnosnost klesá a Mooreův zákon se zpomaluje. Z pohledu trendů průmyslového rozvoje, v současnosti omezených fyzikálními limity hustoty tranzistorů a obrovským nárůstem výrobních nákladů, se balení vyvíjí směrem k miniaturizaci, vysoké hustotě, vysokému výkonu, vysoké rychlosti, vysoké frekvenci a vysoké integraci. Polovodičový průmysl vstoupil do post-Mooreovy éry a pokročilé procesy se již nezaměřují pouze na pokrok uzlů technologie výroby waferů, ale postupně se obracejí k pokročilé obalové technologii. Pokročilá technologie balení může nejen zlepšit funkce a zvýšit hodnotu produktu, ale také účinně snížit výrobní náklady a stát se důležitou cestou k pokračování Moorova zákona. Na jedné straně se technologie jádrových částic používá k rozdělení složitých systémů do několika balicích technologií, které lze balit do heterogenních a heterogenních obalů. Na druhé straně se technologie integrovaného systému používá k integraci zařízení z různých materiálů a konstrukcí, což má jedinečné funkční výhody. Integrace více funkcí a zařízení z různých materiálů je realizována pomocí mikroelektronických technologií a je realizován vývoj od integrovaných obvodů k integrovaným systémům.
Polovodičové balení je výchozím bodem pro výrobu čipu a mostem mezi vnitřním světem čipu a vnějším systémem. V současné době kromě tradičních společností zabývajících se balením a testováním polovodičů, polovodičůoplatkaslévárny, společnosti zabývající se návrhem polovodičů a společnosti s integrovanými součástkami aktivně vyvíjejí pokročilé obalové technologie nebo související klíčové obalové technologie.
Hlavní procesy tradiční technologie balení jsouoplatkaztenčování, řezání, lepení matricí, lepení drátem, těsnění plastů, galvanické pokovování, řezání žeber a lisování atd. Mezi nimi je proces lepení lisovnic jedním z nejsložitějších a nejkritičtějších balicích procesů a zařízení pro proces spojování lisováním je také jedním z nejkritičtější základní zařízení v balení polovodičů a je jedním z balicích zařízení s nejvyšší tržní hodnotou. Přestože pokročilá balicí technologie využívá front-end procesy, jako je litografie, leptání, metalizace a planarizace, nejdůležitějším balicím procesem je stále proces lepení.
2 Proces lepení polovodičových matric
2.1 Přehled
Proces spojování matricí se také nazývá vkládání třísek, nakládání jádra, spojování matrice, proces spojování čipů atd. Proces spojování matrice je znázorněn na obrázku 1. Obecně řečeno, spojování matricí je vyzvednutí čipu z destičky pomocí svařovací hlavy sací hubici pomocí vakua a pod vizuálním vedením ji umístěte na určenou oblast podložky olověného rámečku nebo obalového substrátu, aby se čip a podložka spojily a zafixovaly. Kvalita a účinnost procesu spojování pomocí matrice přímo ovlivní kvalitu a účinnost následného spojování drátů, takže spojování matricí je jednou z klíčových technologií v polovodičovém back-end procesu.
Pro různé procesy balení polovodičových produktů existuje v současné době šest hlavních technologií procesu spojování lisovnic, jmenovitě lepení, eutektické lepení, lepení měkkým pájením, spojování slinováním stříbra, spojování lisováním za tepla a spojování flip-chip. Pro dosažení dobrého spojování třísek je nutné, aby klíčové procesní prvky v procesu spojování lisovnic vzájemně spolupracovaly, zejména včetně spojovacích materiálů lisovnice, teploty, času, tlaku a dalších prvků.
2. 2 Proces lepení
Během lepení je třeba před umístěním čipu nanést určité množství lepidla na nosný rámeček nebo obalový substrát a poté připojovací hlava zachytí čip a pomocí strojového vidění je čip přesně umístěn na lepení. polohu zaváděcího rámečku nebo substrátu obalu potaženého lepidlem a na čip je aplikována určitá spojovací síla prostřednictvím hlavy spojovacího stroje, čímž se vytvoří lepicí vrstva mezi čipem a substrátem zaváděcího rámečku nebo obalu, aby se dosáhlo účel lepení, instalace a upevnění čipu. Tento proces lepení se také nazývá proces lepení, protože lepidlo musí být aplikováno před lisovacím strojem.
Mezi běžně používaná lepidla patří polovodičové materiály, jako je epoxidová pryskyřice a vodivá stříbrná pasta. Lepení je nejrozšířenějším procesem spojování polovodičových čipů, protože proces je relativně jednoduchý, náklady jsou nízké a lze použít různé materiály.
2.3 Proces eutektické vazby
Během eutektického spojování je eutektický spojovací materiál obvykle předem nanesen na spodní část čipu nebo rámečku. Zařízení pro eutektické spojování zachytí čip a je řízeno systémem strojového vidění, aby přesně umístilo čip do odpovídající připojovací polohy rámečku. Čip a vodicí rámeček tvoří eutektické spojovací rozhraní mezi čipem a substrátem obalu při kombinovaném působení zahřívání a tlaku. Proces eutektického lepení se často používá v balení olověných rámů a keramických substrátů.
Eutektické spojovací materiály jsou obecně smíchány dvěma materiály při určité teplotě. Mezi běžně používané materiály patří zlato a cín, zlato a křemík atd. Při použití procesu eutektického spojování modul přenosu dráhy, kde je umístěn vodicí rám, předehřeje rám. Klíčem k realizaci procesu eutektického spojování je to, že eutektický spojovací materiál se může roztavit při teplotě hluboko pod bodem tání dvou základních materiálů a vytvořit spoj. Aby se zabránilo oxidaci rámu během procesu eutektického spojování, proces eutektického spojování také často používá ochranné plyny, jako je směsný plyn vodíku a dusíku, které jsou přiváděny do dráhy, aby chránily vodicí rám.
2. 4 Proces lepení měkké pájky
Při lepení měkkým pájením se před umístěním čipu pocínuje a zalisuje místo na elektroinstalačním rámečku nebo dvojitě pocínuje a rámeček je třeba zahřát v dráze. Výhodou procesu lepení měkké pájky je dobrá tepelná vodivost a nevýhodou je snadná oxidace a poměrně komplikovaný proces. Je vhodný pro balení olověných rámů výkonových zařízení, jako je balení obrysů tranzistorů.
2. 5 Proces lepení slinováním stříbra
Nejslibnějším procesem spojování současného výkonového polovodičového čipu třetí generace je použití technologie slinování kovových částic, která míchá polymery, jako je epoxidová pryskyřice zodpovědná za spojení ve vodivém lepidle. Má vynikající elektrickou vodivost, tepelnou vodivost a provozní vlastnosti při vysokých teplotách. Je to také klíčová technologie pro další průlomy v oblasti třetí generace polovodičových obalů v posledních letech.
2.6 Proces lepení termokompresí
V aplikaci balení vysoce výkonných trojrozměrných integrovaných obvodů v důsledku neustálého snižování vstupní/výstupní rozteče pro propojení čipů, velikosti nerovností a rozteče spustila polovodičová společnost Intel proces termokompresního spojování pro pokročilé aplikace spojování malých roztečí, spojování malých rozměrů. nárazové třísky s roztečí 40 až 50 μm nebo dokonce 10 μm. Proces termokompresního spojování je vhodný pro aplikace čip-to-wafer a čip-substrát. Jako rychlý vícestupňový proces čelí proces termokompresního spojování výzvám v otázkách řízení procesu, jako je nerovnoměrná teplota a nekontrolovatelné tavení malého objemu pájky. Během termokompresního spojování musí teplota, tlak, poloha atd. splňovat přesné požadavky na kontrolu.
2.7 Proces spojování flip čipu
Princip procesu spojování flip čipu je znázorněn na obrázku 2. Flip mechanismus vyzvedne čip z waferu a otočí ho o 180°, aby čip přenesl. Tryska pájecí hlavy odebírá čip z překlápěcího mechanismu a směr nárazu čipu je dolů. Poté, co se tryska svařovací hlavy přesune na horní část obalového substrátu, pohybuje se směrem dolů, aby spojila a zafixovala čip na obalovém substrátu.
Flip čipové balení je pokročilá technologie propojování čipů a stala se hlavním směrem vývoje pokročilé obalové technologie. Vyznačuje se vysokou hustotou, vysokým výkonem, je tenký a krátký a může splňovat požadavky na vývoj produktů spotřební elektroniky, jako jsou smartphony a tablety. Proces spojování flip čipů snižuje náklady na balení a umožňuje realizovat skládané čipy a trojrozměrné balení. Je široce používán v oblastech obalových technologií, jako je integrované balení 2,5D/3D, balení na úrovni waferů a balení na úrovni systému. Proces spojování flip čipem je nejpoužívanější a nejrozšířenější proces spojování pevných matric v pokročilé obalové technologii.
Čas odeslání: 18. listopadu 2024