Studija o poluvodičkoj matriciproces vezivanja, uključujući postupak lijepljenja ljepilom, postupak eutektičkog lijepljenja, postupak spajanja mekim lemom, postupak spajanja sinteriranjem srebra, postupak lijepljenja vrućim prešanjem, postupak spajanja flip chip-a. Uvode se vrste i važni tehnički pokazatelji opreme za spajanje poluvodičkih matrica, analizira se status razvoja i predviđa se trend razvoja.
1 Pregled industrije poluvodiča i ambalaže
Industrija poluvodiča posebno uključuje uzvodne poluvodičke materijale i opremu, proizvodnju poluvodiča u srednjem toku i nizvodne aplikacije. industrija poluvodiča u mojoj zemlji započela je kasno, ali nakon gotovo deset godina brzog razvoja, moja je zemlja postala najveće svjetsko potrošačko tržište poluvodičkih proizvoda i najveće svjetsko tržište poluvodičke opreme. Industrija poluvodiča brzo se razvijala u načinu jedne generacije opreme, jedne generacije procesa i jedne generacije proizvoda. Istraživanje o poluvodičkim procesima i opremi glavna je pokretačka snaga za kontinuirani napredak industrije i jamstvo za industrijalizaciju i masovnu proizvodnju poluvodičkih proizvoda.
Povijest razvoja tehnologije pakiranja poluvodiča je povijest kontinuiranog poboljšanja performansi čipa i kontinuirane minijaturizacije sustava. Interna pokretačka snaga tehnologije pakiranja razvila se iz područja vrhunskih pametnih telefona u područja kao što su računalstvo visokih performansi i umjetna inteligencija. Četiri faze razvoja tehnologije pakiranja poluvodiča prikazane su u tablici 1.
Kako se čvorovi procesa poluvodičke litografije pomiču prema 10 nm, 7 nm, 5 nm, 3 nm i 2 nm, troškovi istraživanja i razvoja i proizvodnje nastavljaju rasti, stopa prinosa se smanjuje, a Mooreov zakon usporava. Iz perspektive trendova industrijskog razvoja, trenutno ograničenog fizičkim granicama gustoće tranzistora i ogromnim povećanjem troškova proizvodnje, pakiranje se razvija u smjeru minijaturizacije, visoke gustoće, visokih performansi, velike brzine, visoke frekvencije i visoke integracije. Industrija poluvodiča ušla je u post-Mooreovu eru, a napredni procesi više nisu usmjereni samo na napredak čvorova tehnologije proizvodnje pločica, već se postupno okreću naprednoj tehnologiji pakiranja. Napredna tehnologija pakiranja ne samo da može poboljšati funkcije i povećati vrijednost proizvoda, već i učinkovito smanjiti troškove proizvodnje, postajući važan put za nastavak Mooreova zakona. S jedne strane, tehnologija core particle koristi se za cijepanje složenih sustava u nekoliko tehnologija pakiranja koje se mogu pakirati u heterogenu i heterogenu ambalažu. S druge strane, tehnologija integriranog sustava koristi se za integraciju uređaja različitih materijala i struktura, što ima jedinstvene funkcionalne prednosti. Korištenjem tehnologije mikroelektronike ostvaruje se integracija višestrukih funkcija i uređaja od različitih materijala, te se ostvaruje razvoj od integriranih sklopova do integriranih sustava.
Pakiranje poluvodiča početna je točka za proizvodnju čipova i most između unutarnjeg svijeta čipa i vanjskog sustava. Trenutno, uz tradicionalne tvrtke za pakiranje i testiranje poluvodiča, poluvodičnapolitankaljevaonice, tvrtke za dizajn poluvodiča i tvrtke za integrirane komponente aktivno razvijaju naprednu ambalažu ili srodne ključne tehnologije pakiranja.
Glavni procesi tradicionalne tehnologije pakiranja sunapolitankastanjivanje, rezanje, spajanje kalupa, spajanje žice, plastično brtvljenje, galvanizacija, rezanje rebara i oblikovanje, itd. Među njima, postupak lijepljenja kalupa jedan je od najsloženijih i najkritičnijih procesa pakiranja, a oprema za proces spajanja kalupa također je jedan od najkritičnija osnovna oprema u pakiranju poluvodiča i jedna je od opreme za pakiranje s najvećom tržišnom vrijednošću. Iako napredna tehnologija pakiranja koristi front-end procese kao što su litografija, jetkanje, metalizacija i planarizacija, najvažniji proces pakiranja još uvijek je proces spajanja kalupa.
2 Proces spajanja poluvodičke matrice
2.1 Pregled
Proces spajanja matrice također se naziva punjenje čipa, punjenje jezgre, spajanje matrice, proces spajanja čipova, itd. Proces spajanja matrice prikazan je na slici 1. Općenito govoreći, spajanje matrice je podizanje čipa s pločice pomoću glave za zavarivanje usisnu mlaznicu pomoću vakuuma i postavite je na označeno područje podloge okvira ili podloge za pakiranje pod vizualnim vođenje, tako da su čip i jastučić spojeni i fiksirani. Kvaliteta i učinkovitost procesa spajanja matrica izravno će utjecati na kvalitetu i učinkovitost naknadnog spajanja žice, stoga je spajanje matrica jedna od ključnih tehnologija u pozadinskom procesu poluvodiča.
Za različite procese pakiranja poluvodičkih proizvoda trenutno postoji šest glavnih tehnologija procesa spajanja kalupa, naime lijepljenje ljepilom, eutektičko lijepljenje, spajanje mekim lemom, spajanje srebrnim sinteriranjem, spajanje vrućim prešanjem i spajanje flip-chip. Da bi se postiglo dobro spajanje strugotina, potrebno je omogućiti da ključni procesni elementi u procesu spajanja kalupa međusobno surađuju, uglavnom uključujući materijale za spajanje kalupa, temperaturu, vrijeme, tlak i druge elemente.
2. 2 Postupak lijepljenja
Tijekom lijepljenja ljepilom, određena količina ljepila mora se nanijeti na vodeći okvir ili supstrat paketa prije postavljanja čipa, a zatim glava za spajanje matrice preuzima čip, a kroz navođenje strojnog vida, čip se točno postavlja na spoj položaj glavnog okvira ili supstrata paketa obloženog ljepilom, a određena sila spajanja matrice primjenjuje se na čip kroz stroj za spajanje matrice glavu, tvoreći ljepljivi sloj između čipa i okvira ili supstrata paketa, kako bi se postigla svrha spajanja, ugradnje i fiksiranja čipa. Ovaj postupak lijepljenja kalupa naziva se i proces lijepljenja ljepilom jer se ljepilo treba nanijeti ispred stroja za lijepljenje kalupa.
Uobičajena ljepila uključuju poluvodičke materijale kao što su epoksidna smola i vodljiva srebrna pasta. Ljepljenje je najrašireniji postupak lijepljenja poluvodičkih čipova jer je postupak relativno jednostavan, cijena niska i mogu se koristiti različiti materijali.
2.3 Proces eutektičkog vezivanja
Tijekom eutektičkog spajanja, eutektički vezni materijal općenito se prethodno nanosi na dno čipa ili okvira olovnice. Oprema za eutektičko spajanje uzima čip i vodi je sustav strojnog vida kako bi točno postavio čip na odgovarajuću poziciju za spajanje glavnog okvira. Čip i vodeći okvir tvore eutektičko spojno sučelje između čipa i podloge paketa pod kombiniranim djelovanjem zagrijavanja i pritiska. Postupak eutektičkog lijepljenja često se koristi u ambalaži od olovnog okvira i keramičke podloge.
Eutektički vezni materijali općenito se miješaju s dva materijala na određenoj temperaturi. Uobičajeno korišteni materijali uključuju zlato i kositar, zlato i silicij, itd. Pri korištenju procesa eutektičkog spajanja, prijenosni modul staze gdje se nalazi vodeći okvir prethodno će zagrijati okvir. Ključ za realizaciju procesa eutektičkog spajanja je da se eutektički vezni materijal može rastopiti na temperaturi daleko ispod tališta dvaju sastavnih materijala kako bi se stvorila veza. Kako bi se spriječilo oksidiranje okvira tijekom procesa eutektičkog spajanja, postupak eutektičkog spajanja također često koristi zaštitne plinove kao što su vodik i dušik miješani plin koji se unose u tračnicu kako bi se zaštitio vodeći okvir.
2. 4 Postupak spajanja mekim lemom
Prilikom spajanja mekim lemom, prije postavljanja čipa, mjesto za spajanje na olovnom okviru se pokositri i preša ili dvostruko pokositri, a olovni okvir treba zagrijati u stazi. Prednost postupka lijepljenja mekim lemom je dobra toplinska vodljivost, a nedostatak je što se lako oksidira i postupak je relativno kompliciran. Pogodan je za pakiranje olovnog okvira energetskih uređaja, kao što je okvirno pakiranje tranzistora.
2. 5 Postupak spajanja sinteriranjem srebra
Proces spajanja koji najviše obećava za trenutnu treću generaciju energetskih poluvodičkih čipova je korištenje tehnologije sinteriranja metalnih čestica, koja miješa polimere kao što je epoksidna smola odgovorna za povezivanje u vodljivom ljepilu. Ima izvrsnu električnu vodljivost, toplinsku vodljivost i radna svojstva pri visokim temperaturama. To je također ključna tehnologija za daljnja otkrića u pakiranju poluvodiča treće generacije posljednjih godina.
2.6 Proces termokompresijskog lijepljenja
U primjeni pakiranja visokoučinkovitih trodimenzionalnih integriranih krugova, zbog kontinuiranog smanjenja ulaznog/izlaznog koraka međuspoja čipa, veličine izbočine i koraka, poluvodička tvrtka Intel pokrenula je postupak spajanja termokompresijom za napredne aplikacije spajanja s malim korakom, spajajući male bump chips s korakom od 40 do 50 μm ili čak 10 μm. Proces spajanja termokompresijom prikladan je za aplikacije čip-na-vafer i čip-na-podlogu. Kao brz proces u više koraka, proces spajanja termokompresijom suočava se s izazovima u pitanjima kontrole procesa, kao što su neujednačena temperatura i nekontrolirano taljenje lema malog volumena. Tijekom termokompresijskog lijepljenja, temperatura, tlak, položaj itd. moraju zadovoljiti zahtjeve precizne kontrole.
2.7 Postupak spajanja obrnutim čipom
Načelo procesa spajanja preokretnih čipova prikazano je na slici 2. Mehanizam preokretanja preuzima čip s pločice i okreće ga za 180° za prijenos čipa. Mlaznica glave za lemljenje podiže čip s preklopnog mehanizma, a smjer udarca čipa je prema dolje. Nakon što se mlaznica glave za zavarivanje pomakne na vrh supstrata za pakiranje, pomiče se prema dolje kako bi spojila i fiksirala čip na supstratu za pakiranje.
Flip chip pakiranje je napredna tehnologija međusobnog povezivanja čipova i postalo je glavni smjer razvoja napredne tehnologije pakiranja. Ima karakteristike visoke gustoće, visokih performansi, tanak i kratak, i može zadovoljiti razvojne zahtjeve potrošačkih elektroničkih proizvoda kao što su pametni telefoni i tableti. Proces spajanja preokrenutih čipova snižava troškove pakiranja i može realizirati naslagane čipove i trodimenzionalna pakiranja. Naširoko se koristi u područjima tehnologije pakiranja kao što su 2.5D/3D integrirano pakiranje, pakiranje na razini pločica i pakiranje na razini sustava. Postupak spajanja flip chip je najčešće korišten i najrašireniji postupak spajanja čvrste matrice u naprednoj tehnologiji pakiranja.
Vrijeme objave: 18. studenoga 2024