Štúdia o polovodičovej matriciproces lepeniavrátane procesu lepenia lepidlom, procesu eutektického spájania, procesu spájania mäkkého spájkovania, procesu spájania spekaním striebra, procesu spájania lisovaním za tepla, procesu spájania flip čipov. Uvádzajú sa typy a dôležité technické ukazovatele zariadení na lepenie polovodičov, analyzuje sa stav vývoja a hľadá sa vývojový trend.
1 Prehľad polovodičového priemyslu a balenia
Polovodičový priemysel konkrétne zahŕňa upstream polovodičové materiály a zariadenia, strednú výrobu polovodičov a následné aplikácie. Priemysel polovodičov v mojej krajine začal neskoro, ale po takmer desiatich rokoch rýchleho rozvoja sa moja krajina stala najväčším spotrebiteľským trhom s polovodičovými výrobkami a najväčším svetovým trhom s polovodičovými zariadeniami. Polovodičový priemysel sa rýchlo rozvíja v režime jednej generácie zariadení, jednej generácie procesu a jednej generácie produktov. Výskum v oblasti polovodičových procesov a zariadení je hlavnou hnacou silou neustáleho napredovania priemyslu a zárukou industrializácie a masovej výroby polovodičových produktov.
História vývoja technológie balenia polovodičov je históriou neustáleho zlepšovania výkonu čipov a neustálej miniaturizácie systémov. Vnútorná hnacia sila obalových technológií sa vyvinula z oblasti špičkových smartfónov do oblastí, ako sú vysokovýkonné počítače a umelá inteligencia. Štyri fázy vývoja technológie balenia polovodičov sú uvedené v tabuľke 1.
Keď sa uzly procesu polovodičovej litografie pohybujú smerom k 10 nm, 7 nm, 5 nm, 3 nm a 2 nm, náklady na výskum a vývoj a výrobné náklady naďalej rastú, miera výťažnosti klesá a Mooreov zákon sa spomaľuje. Z pohľadu trendov priemyselného rozvoja, v súčasnosti obmedzených fyzikálnymi limitmi hustoty tranzistorov a obrovským nárastom výrobných nákladov, sa balenie vyvíja smerom k miniaturizácii, vysokej hustote, vysokému výkonu, vysokej rýchlosti, vysokej frekvencii a vysokej integrácii. Polovodičový priemysel vstúpil do éry po Moore a pokročilé procesy sa už nezameriavajú len na pokrok technologických uzlov doštičiek, ale postupne sa obracajú na pokročilé technológie balenia. Pokročilá technológia balenia môže nielen zlepšiť funkcie a zvýšiť hodnotu produktu, ale aj efektívne znížiť výrobné náklady, čím sa stáva dôležitou cestou k pokračovaniu Moorovho zákona. Na jednej strane sa jadrová časticová technológia používa na rozdelenie zložitých systémov do niekoľkých baliacich technológií, ktoré môžu byť zabalené do heterogénnych a heterogénnych obalov. Na druhej strane sa integrovaná systémová technológia používa na integráciu zariadení z rôznych materiálov a štruktúr, čo má jedinečné funkčné výhody. Integrácia viacerých funkcií a zariadení z rôznych materiálov sa realizuje pomocou mikroelektronických technológií a realizuje sa vývoj od integrovaných obvodov k integrovaným systémom.
Polovodičové balenie je východiskovým bodom výroby čipu a mostom medzi vnútorným svetom čipu a vonkajším systémom. V súčasnosti okrem tradičných spoločností na balenie a testovanie polovodičov, polovodičovoblátkazlievarne, spoločnosti zaoberajúce sa návrhom polovodičov a spoločnosti s integrovanými komponentmi aktívne vyvíjajú pokročilé obalové technológie alebo súvisiace kľúčové obalové technológie.
Hlavnými procesmi tradičnej technológie balenia súoblátkariedenie, rezanie, lisovanie, spájanie drôtom, tesnenie plastov, galvanické pokovovanie, rezanie a lisovanie rebier atď. Spomedzi nich je proces lisovania jedným z najzložitejších a najkritickejších baliacich procesov a zariadenie na proces lepenia lisovaním je tiež jedným z najkritickejšie základné zariadenie v balení polovodičov a je jedným z baliacich zariadení s najvyššou trhovou hodnotou. Aj keď pokročilá baliaca technológia využíva front-end procesy, ako je litografia, leptanie, metalizácia a planarizácia, najdôležitejším baliacim procesom je stále proces lisovania.
2 Proces lepenia polovodičovej matrice
2.1 Prehľad
Proces spájania matricou sa tiež nazýva vkladanie triesok, vkladanie jadra, spájanie matricou, proces spájania triesok atď. Proces spájania matricou je znázornený na obrázku 1. Všeobecne povedané, spájanie matricou je vyberanie triesky z plátku pomocou zváracej hlavy saciu hubicu pomocou vákua a pod vizuálnym vedením ju umiestnite na určenú oblasť podložky oloveného rámu alebo baliaceho substrátu tak, aby sa čip a podložka spojili a zafixovali. Kvalita a efektívnosť procesu spájania matricou priamo ovplyvní kvalitu a účinnosť následného spájania drôtov, takže lepenie matricou je jednou z kľúčových technológií v polovodičovom back-end procese.
Pre rôzne procesy balenia polovodičových produktov v súčasnosti existuje šesť hlavných technológií procesu spájania lisovaním, a to lepenie, eutektické spájanie, mäkké spájkovanie, spekanie striebra, lisovanie za tepla a spájanie flip-chip. Na dosiahnutie dobrého spájania triesok je potrebné, aby kľúčové procesné prvky v procese spájania matrice navzájom spolupracovali, najmä vrátane spojovacích materiálov, teploty, času, tlaku a ďalších prvkov.
2. 2 Proces lepenia
Počas lepenia je potrebné pred umiestnením čipu na olovnicový rám alebo obalový substrát naniesť určité množstvo lepidla a potom spojovacia hlava zachytí čip a pomocou strojového videnia sa čip presne umiestni na spoj. polohu oloveného rámu alebo substrátu obalu potiahnutého lepidlom a určitá sila pripájania matrice sa aplikuje na čip cez hlavu stroja na spájanie matrice, čím sa vytvorí adhézna vrstva medzi čipom a substrátom oloveného rámu alebo obalu, aby sa dosiahlo účel lepenia, inštalácie a upevnenie čipu. Tento proces spájania matricou sa tiež nazýva proces spájania lepidlom, pretože lepidlo sa musí aplikovať pred stroj na lepenie matrice.
Bežne používané lepidlá zahŕňajú polovodičové materiály, ako je epoxidová živica a vodivá strieborná pasta. Lepenie je najrozšírenejším procesom spájania polovodičových čipov, pretože proces je relatívne jednoduchý, náklady sú nízke a možno použiť rôzne materiály.
2.3 Proces eutektického spájania
Počas eutektického spájania sa eutektický spojovací materiál vo všeobecnosti vopred nanáša na spodok čipu alebo oloveného rámu. Zariadenie na eutektické spájanie zachytí čip a je vedené systémom strojového videnia, aby presne umiestnilo čip do zodpovedajúcej lepiacej polohy oloveného rámu. Čip a olovený rám tvoria eutektické spojovacie rozhranie medzi čipom a substrátom obalu pri kombinovanom pôsobení zahrievania a tlaku. Proces eutektického spájania sa často používa pri balení olovených rámov a keramických substrátov.
Eutektické spojovacie materiály sú všeobecne zmiešané dvoma materiálmi pri určitej teplote. Bežne používané materiály zahŕňajú zlato a cín, zlato a kremík atď. Pri použití procesu eutektického spájania modul prenosu dráhy, kde je umiestnený olovený rám, rám predhreje. Kľúčom k realizácii procesu eutektického spájania je to, že eutektický spojovací materiál sa môže roztaviť pri teplote hlboko pod teplotou topenia dvoch základných materiálov, aby vytvoril väzbu. Aby sa zabránilo oxidácii rámu počas procesu eutektického spájania, proces eutektického spájania tiež často používa ochranné plyny, ako je zmesový plyn vodíka a dusíka, ktoré sa privádzajú do dráhy na ochranu oloveného rámu.
2. 4 Proces spájania mäkkého spájkovania
Pri lepení mäkkým spájkovaním sa pred umiestnením čipu miesto pripojenia na olovený rám pocínuje a vylisuje alebo dvojito pocínuje a olovený rám je potrebné zahriať v dráhe. Výhodou procesu spájania mäkkého spájkovania je dobrá tepelná vodivosť a nevýhodou je, že sa ľahko oxiduje a proces je pomerne komplikovaný. Je vhodný na balenie olovených rámov napájacích zariadení, ako je napríklad balenie obrysov tranzistorov.
2. 5 Proces spájania spekaním striebra
Najsľubnejším procesom spájania pre súčasnú tretiu generáciu výkonového polovodičového čipu je použitie technológie spekania kovových častíc, ktorá mieša polyméry, ako je epoxidová živica zodpovedná za spojenie vo vodivom lepidle. Má vynikajúcu elektrickú vodivosť, tepelnú vodivosť a prevádzkové vlastnosti pri vysokých teplotách. Je to tiež kľúčová technológia pre ďalšie prelomy v oblasti tretej generácie polovodičových obalov v posledných rokoch.
2.6 Proces spájania termokompresiou
V aplikácii balenia vysokovýkonných trojrozmerných integrovaných obvodov v dôsledku neustáleho znižovania vstupno-výstupného rozstupu prepojenia čipov, veľkosti hrbole a rozstupu, polovodičová spoločnosť Intel spustila proces termokompresného spájania pre pokročilé aplikácie spájania malých rozstupov, spájania malých rozmerov. hrbolčeky s rozstupom 40 až 50 μm alebo dokonca 10 μm. Proces spájania pomocou termokompresie je vhodný pre aplikácie čip-platňa a čip-substrát. Ako rýchly viackrokový proces čelí proces spájania termokompresiou výzvam v otázkach riadenia procesu, ako je nerovnomerná teplota a nekontrolovateľné tavenie maloobjemovej spájky. Počas termokompresného spájania musí teplota, tlak, poloha atď. spĺňať presné požiadavky na kontrolu.
2.7 Proces spájania flip čipu
Princíp procesu spájania flip čipu je znázornený na obrázku 2. Flip mechanizmus vyberie čip z doštičky a prevráti ho o 180°, aby sa čip preniesol. Tryska spájkovacej hlavy zachytáva čip z preklápacieho mechanizmu a smer nárazu čipu je nadol. Potom, čo sa dýza zváracej hlavy presunie na vrch obalového substrátu, pohybuje sa smerom dole, aby spojila a zafixovala čip na obalovom substráte.
Flip chip balenie je pokročilá technológia prepojenia čipov a stala sa hlavným smerom vývoja pokročilej technológie balenia. Má vlastnosti vysokej hustoty, vysokého výkonu, je tenký a krátky a môže spĺňať požiadavky na vývoj produktov spotrebnej elektroniky, ako sú smartfóny a tablety. Proces spájania flip čipov znižuje náklady na balenie a môže realizovať stohované čipy a trojrozmerné balenie. Je široko používaný v oblastiach baliacej techniky, ako je integrované balenie 2,5D/3D, balenie na úrovni oblátok a balenie na úrovni systému. Proces spájania flip čipov je najpoužívanejší a najpoužívanejší proces spájania pevných foriem v pokročilej technológii balenia.
Čas odoslania: 18. novembra 2024