Studija o poluvodičkim matricamaproces vezivanja, uključujući proces lijepljenja, proces eutektičkog vezivanja, proces vezivanja mekom lemljenjem, proces spajanja srebra sinteriranjem, proces spajanja vrućim presovanjem, proces spajanja flip čipa. Uvode se vrste i važni tehnički pokazatelji opreme za spajanje poluprovodnika, analizira se razvojni status i procenjuje trend razvoja.
1 Pregled industrije poluprovodnika i ambalaže
Industrija poluvodiča posebno uključuje upstream poluvodičke materijale i opremu, proizvodnju poluvodiča srednjeg toka i nizvodne aplikacije. Industrija poluvodiča moje zemlje počela je kasno, ali nakon skoro deset godina brzog razvoja, moja zemlja je postala najveće svjetsko tržište potrošača poluvodičkih proizvoda i najveće svjetsko tržište poluvodičke opreme. Industrija poluvodiča se brzo razvijala u načinu jedne generacije opreme, jedne generacije procesa i jedne generacije proizvoda. Istraživanje poluvodičkih procesa i opreme je ključna pokretačka snaga za kontinuirani napredak industrije i garancija za industrijalizaciju i masovnu proizvodnju poluvodičkih proizvoda.
Istorija razvoja tehnologije pakovanja poluprovodnika je istorija stalnog poboljšanja performansi čipa i kontinuirane minijaturizacije sistema. Unutrašnja pokretačka snaga tehnologije pakovanja evoluirala je od polja vrhunskih pametnih telefona do polja kao što su računarstvo visokih performansi i veštačka inteligencija. Četiri faze razvoja tehnologije poluprovodničkog pakovanja prikazane su u tabeli 1.
Kako se čvorovi procesa poluvodičke litografije kreću prema 10 nm, 7 nm, 5 nm, 3 nm i 2 nm, troškovi istraživanja i razvoja i proizvodnje nastavljaju rasti, stopa prinosa opada, a Mooreov zakon usporava. Iz perspektive trendova industrijskog razvoja, trenutno ograničenih fizičkim granicama gustine tranzistora i ogromnim povećanjem troškova proizvodnje, ambalaža se razvija u pravcu minijaturizacije, velike gustine, visokih performansi, velike brzine, visoke frekvencije i visoke integracije. Industrija poluvodiča ušla je u post-Mooreovu eru, a napredni procesi više nisu fokusirani samo na unapređenje čvorova tehnologije proizvodnje pločica, već se postepeno okreću naprednoj tehnologiji pakiranja. Napredna tehnologija pakovanja ne samo da može poboljšati funkcije i povećati vrijednost proizvoda, već i učinkovito smanjiti troškove proizvodnje, postajući važan put za nastavak Mooreovog zakona. S jedne strane, tehnologija jezgre čestica koristi se za podjelu složenih sistema u nekoliko tehnologija pakiranja koje se mogu pakirati u heterogeno i heterogeno pakovanje. S druge strane, tehnologija integrisanog sistema se koristi za integraciju uređaja od različitih materijala i struktura, što ima jedinstvene funkcionalne prednosti. Integracija više funkcija i uređaja od različitih materijala realizuje se primenom mikroelektroničke tehnologije, a ostvaruje se i razvoj od integrisanih kola do integrisanih sistema.
Ambalaža poluprovodnika je početna tačka za proizvodnju čipova i most između unutrašnjeg sveta čipa i spoljašnjeg sistema. Trenutno, pored tradicionalnih poluprovodničkih ambalaža i kompanija za testiranje, poluvodičwaferlivnice, kompanije za dizajn poluprovodnika i kompanije za integrisane komponente aktivno razvijaju napredno pakovanje ili srodne ključne tehnologije pakovanja.
Glavni procesi tradicionalne tehnologije pakovanja suwaferstanjivanje, rezanje, spajanje kalupima, spajanje žice, plastično zaptivanje, galvanizacija, rezanje rebara i kalupljenje, itd. Među njima, proces spajanja kalupa je jedan od najsloženijih i najkritičnijih procesa pakovanja, a oprema za proces matrice je također jedan od najkritičnija jezgra opreme u pakovanju poluprovodnika i jedna je od opreme za pakovanje sa najvećom tržišnom vrednošću. Iako napredna tehnologija pakovanja koristi front-end procese kao što su litografija, graviranje, metalizacija i planarizacija, najvažniji proces pakovanja je i dalje proces vezivanja.
2 Proces vezivanja poluprovodničkih matrica
2.1 Pregled
Proces spajanja kalupa se također naziva punjenje strugotine, punjenje jezgre, spajanje kalupa, proces spajanja strugotine, itd. Proces spajanja kalupa je prikazan na slici 1. Općenito govoreći, spajanje kalupa je podizanje čipa s pločice pomoću glave za zavarivanje usisnu mlaznicu pomoću vakuuma i stavite je na određeno područje olovnog okvira ili podloge za pakovanje pod vizualnim vodstvom, tako da su čip i jastučić spojeni i fiksirani. Kvalitet i efikasnost procesa spajanja matrice direktno će uticati na kvalitet i efikasnost naknadnog spajanja žica, tako da je spajanje matrice jedna od ključnih tehnologija u procesu poluprovodničkog pozadinskog procesa.
Za različite procese pakovanja poluvodičkih proizvoda, trenutno postoji šest glavnih tehnologija procesa spajanja u kalupima, a to su adhezivno spajanje, eutektičko spajanje, meko lemno spajanje, srebrno sinteriranje, spajanje vrućim presovanjem i flip-chip spajanje. Da bi se postiglo dobro spajanje strugotine, potrebno je da ključni procesni elementi u procesu spajanja kalupa međusobno sarađuju, uglavnom uključujući materijale za spajanje kalupa, temperaturu, vrijeme, pritisak i druge elemente.
2. 2 Proces lepljenja
Tokom lepljenja, određena količina lepka treba da se nanese na olovni okvir ili supstrat pakovanja pre postavljanja čipa, a zatim glava za spajanje matrice pokupi čip, a putem navođenja mašinskog vida, čip se precizno postavlja na lepljenje. položaj olovnog okvira ili supstrata paketa premazanog ljepilom, a određena sila vezivanja matrice se primjenjuje na čip kroz mašinu za spajanje kalupa glavu, formirajući lepljivi sloj između čipa i olovnog okvira ili podloge paketa, kako bi se postigla svrha vezivanja, ugradnje i fiksiranja čipa. Ovaj proces spajanja kalupa naziva se i proces spajanja ljepila jer ljepilo treba nanijeti ispred mašine za spajanje kalupa.
Uobičajena ljepila uključuju poluvodičke materijale kao što su epoksidna smola i provodljiva srebrna pasta. Adhezivno spajanje je najčešće korišteni proces spajanja poluvodičkih čipova jer je proces relativno jednostavan, cijena je niska i mogu se koristiti različiti materijali.
2.3 Proces eutektičkog vezivanja
Tokom eutektičkog vezivanja, eutektički vezivni materijal se uglavnom prethodno nanosi na dno čipa ili okvira za olovo. Oprema za eutektičko vezivanje preuzima čip i vodi ga sistem mašinskog vida kako bi precizno postavio čip na odgovarajuću poziciju vezivanja olovnog okvira. Čip i olovni okvir čine eutektičku vezu između čipa i podloge paketa pod kombinovanim djelovanjem zagrijavanja i pritiska. Proces eutektičkog vezivanja se često koristi u ambalaži od olovnog okvira i keramičke podloge.
Eutektički vezni materijali se općenito miješaju s dva materijala na određenoj temperaturi. Obično korišćeni materijali uključuju zlato i kalaj, zlato i silicijum, itd. Kada se koristi proces eutektičkog vezivanja, modul prenosa staze gde se nalazi olovni okvir će prethodno zagrejati okvir. Ključ za realizaciju procesa eutektičkog vezivanja je da se eutektički vezivni materijal može rastopiti na temperaturi daleko ispod tačke topljenja dva sastavna materijala da bi se formirala veza. Kako bi se spriječilo oksidiranje okvira tokom procesa eutektičkog spajanja, proces eutektičkog vezivanja također često koristi zaštitne plinove kao što su miješani plin vodonika i dušika koji se unose u stazu kako bi zaštitili olovni okvir.
2. 4 Proces spajanja mekog lemljenja
Kod lijepljenja mekim lemom, prije postavljanja čipa, pozicija vezivanja na olovnom okviru se kalajiše i pritisne, ili duplo kalajiše, a okvir olova treba zagrijati u stazi. Prednost procesa vezivanja mekim lemljenjem je dobra toplotna provodljivost, a nedostatak što se lako oksidira i proces je relativno komplikovan. Pogodan je za olovno pakovanje energetskih uređaja, kao što je pakovanje tranzistora.
2. 5 Proces vezivanja srebra sinterovanjem
Proces vezivanja koji najviše obećava za trenutni energetski poluvodički čip treće generacije je upotreba tehnologije sinterovanja metalnih čestica, koja miješa polimere kao što je epoksidna smola odgovorna za povezivanje u provodljivom ljepilu. Ima odličnu električnu provodljivost, toplotnu provodljivost i radne karakteristike pri visokim temperaturama. To je također ključna tehnologija za daljnja otkrića u pakiranju poluvodiča treće generacije posljednjih godina.
2.6 Proces termokompresionog vezivanja
U primjeni pakovanja trodimenzionalnih integriranih kola visokih performansi, zbog kontinuiranog smanjenja ulaznog/izlaznog nagiba međukonekcije čipa, veličine i nagiba, poluprovodnička kompanija Intel je pokrenula proces termokompresijskog spajanja za napredne aplikacije malog nagiba, lijepljenje malih dimenzija izbočeni čipovi sa korakom od 40 do 50 μm ili čak 10 μm. Proces termokompresionog vezivanja je prikladan za primjenu čip-podloga i čip-podloga. Kao brz proces u više koraka, proces termokompresionog vezivanja suočava se sa izazovima u pitanjima kontrole procesa, kao što su neujednačena temperatura i nekontrolisano topljenje lema male zapremine. Tokom termokompresionog vezivanja, temperatura, pritisak, položaj, itd. moraju zadovoljiti precizne zahtjeve kontrole.
2.7 Proces lepljenja flip čipova
Princip procesa spajanja flip čipa prikazan je na slici 2. Preokretni mehanizam podiže čip sa pločice i okreće ga za 180° kako bi prenio čip. Mlaznica glave za lemljenje podiže čip iz mehanizma za okretanje, a smjer udarca čipa je prema dolje. Nakon što se mlaznica glave za zavarivanje pomakne do vrha podloge za pakovanje, pomiče se prema dolje kako bi zalijepila i fiksirala čip na podlozi za pakovanje.
Flip chip pakovanje je napredna tehnologija međusobnog povezivanja čipova i postala je glavni pravac razvoja napredne tehnologije pakovanja. Ima karakteristike visoke gustine, visokih performansi, tankih i kratkih, i može zadovoljiti razvojne zahtjeve potrošačkih elektronskih proizvoda kao što su pametni telefoni i tableti. Proces lepljenja flip čipova čini cenu pakovanja nižim i može da realizuje naslagane čipove i trodimenzionalno pakovanje. Široko se koristi u oblastima tehnologije pakovanja kao što su 2.5D/3D integrisano pakovanje, pakovanje na nivou pločice i pakovanje na nivou sistema. Proces lijepljenja flip chip-a je najrasprostranjeniji i najrašireniji proces lijepljenja čvrstog materijala u naprednoj tehnologiji pakiranja.
Vrijeme objave: 18.11.2024