Дослідження напівпровідникової матриціпроцес склеювання, включаючи процес склеювання адгезивом, процес склеювання евтектикою, процес склеювання м’яким припоєм, процес склеювання сріблом, процес склеювання гарячим пресуванням, процес склеювання фліп-чіпів. Введено типи та важливі технічні показники обладнання для склеювання напівпровідникових матриць, проаналізовано стан розвитку та передбачено тенденцію розвитку.
1 Огляд напівпровідникової промисловості та упаковки
Напівпровідникова промисловість зокрема включає в себе напівпровідникові матеріали та обладнання на першому етапі, виробництво напівпровідників у середній частині та наступні програми. Напівпровідникова промисловість моєї країни почалася пізно, але після майже десяти років швидкого розвитку моя країна стала найбільшим у світі споживчим ринком напівпровідникової продукції та найбільшим у світі ринком напівпровідникового обладнання. Напівпровідникова промисловість швидко розвивалася в режимі одного покоління обладнання, одного покоління процесу та одного покоління продуктів. Дослідження напівпровідникових процесів і обладнання є основною рушійною силою безперервного прогресу галузі та гарантією індустріалізації та масового виробництва напівпровідникової продукції.
Історія розвитку технології упаковки напівпровідників — це історія постійного вдосконалення продуктивності чіпа та постійної мініатюризації систем. Внутрішня рушійна сила технології пакування еволюціонувала від сфери високоякісних смартфонів до таких галузей, як високопродуктивні обчислення та штучний інтелект. Чотири етапи розвитку технології упаковки напівпровідників наведені в таблиці 1.
Оскільки вузли процесу напівпровідникової літографії переходять до 10 нм, 7 нм, 5 нм, 3 нм і 2 нм, витрати на дослідження та розробки та виробництво продовжують зростати, коефіцієнт виходу зменшується, а закон Мура сповільнюється. З точки зору тенденцій промислового розвитку, які зараз обмежені фізичними обмеженнями щільності транзисторів і величезним зростанням витрат на виробництво, упаковка розвивається в напрямку мініатюризації, високої щільності, високої продуктивності, високої швидкості, високої частоти та високої інтеграції. Напівпровідникова промисловість увійшла в епоху після Мура, і передові процеси більше не зосереджені лише на вдосконаленні вузлів технології виробництва пластин, а поступово переходять до передової технології упаковки. Удосконалена технологія пакування може не тільки покращити функції та підвищити цінність продукту, але й ефективно знизити витрати на виробництво, ставши важливим шляхом для продовження закону Мура. З одного боку, технологія основних частинок використовується для поділу складних систем на кілька пакувальних технологій, які можуть бути упаковані в неоднорідну та різнорідну упаковку. З іншого боку, технологія інтегрованої системи використовується для інтеграції пристроїв з різних матеріалів і структур, що має унікальні функціональні переваги. Інтеграція багатьох функцій і пристроїв з різних матеріалів реалізується за допомогою технології мікроелектроніки, а також здійснюється розвиток від інтегральних схем до інтегрованих систем.
Упаковка напівпровідників є відправною точкою для виробництва чіпів і мостом між внутрішнім світом чіпа та зовнішньою системою. В даний час, на додаток до традиційної упаковки напівпровідників і тестування компаній, напівпровідниківвафельнийливарні заводи, компанії, що займаються розробкою напівпровідників, і компанії, що займаються інтегрованими компонентами, активно розробляють передову упаковку або відповідні ключові технології упаковки.
Основними процесами традиційної технології пакування євафельнийвитончення, різання, склеювання штампів, склеювання дроту, герметизація пластику, гальванічне покриття, різання та формування ребер тощо. Серед них процес склеювання штампів є одним із найскладніших і найважливіших процесів пакування, а обладнання для склеювання штампів також є одним із найважливіше базове обладнання в напівпровідниковій упаковці, і це одне з пакувального обладнання з найвищою ринковою ціною. Незважаючи на те, що передова технологія пакування використовує такі початкові процеси, як літографія, травлення, металізація та планаризація, найважливішим процесом пакування все ще є процес склеювання матриці.
2 Процес склеювання напівпровідникових кристалів
2.1 Огляд
Процес з’єднання кристалів також називається завантаженням мікросхеми, завантаженням серцевини, з’єднанням кристалів, процесом з’єднання мікросхем тощо. Процес з’єднання матриці показано на малюнку 1. Загалом, з’єднання матриці полягає у збиранні мікросхеми з пластини за допомогою зварювальної головки. всмоктуючу насадку за допомогою вакууму та розмістіть її на призначеній ділянці підкладки свинцевої рами або пакувальної підкладки під візуальним контролем напрямок, щоб чіп і колодка були скріплені та зафіксовані. Якість і ефективність процесу склеювання кристалів безпосередньо впливатимуть на якість і ефективність наступного склеювання дротів, тому склеювання матриць є однією з ключових технологій у кінцевому процесі напівпровідників.
Для різних процесів упаковки напівпровідникових виробів наразі існує шість основних технологій склеювання матриць, а саме: адгезивне склеювання, евтектичне склеювання, склеювання м’яким припоєм, склеювання сріблом, гаряче пресування та склеювання фліп-чіп. Щоб досягти якісного з’єднання чіпів, необхідно змусити ключові елементи процесу в процесі склеювання матриці взаємодіяти один з одним, головним чином включаючи матеріали для склеювання матриці, температуру, час, тиск та інші елементи.
2. 2 Процес склеювання
Під час адгезивного склеювання певну кількість адгезиву потрібно нанести на провідний каркас або підкладку упаковки перед розміщенням мікросхеми, а потім склеювальна головка підбирає мікросхему, і за допомогою машинного бачення мікросхема точно розміщується на склеюванні положення провідної рамки або підкладки упаковки, покритої клеєм, і певна сила склеювання матриці прикладається до мікросхеми через машину для склеювання матриці головка, утворюючи клейовий шар між мікросхемою та каркасом свинцю або підкладкою упаковки, щоб досягти мети з’єднання, встановлення та фіксації мікросхеми. Цей процес склеювання матриці також називають процесом склеювання клеєм, оскільки клей потрібно наносити перед машиною для склеювання матриці.
Зазвичай використовувані клеї включають напівпровідникові матеріали, такі як епоксидна смола та електропровідна срібна паста. Адгезивне склеювання є найпоширенішим процесом склеювання напівпровідникових мікросхем, оскільки цей процес відносно простий, низька вартість і можна використовувати різноманітні матеріали.
2.3 Процес евтектичної зв'язки
Під час евтектичного зв’язування евтектичний зв’язувальний матеріал, як правило, попередньо наноситься на нижню частину мікросхеми або рамки свинцю. Обладнання для евтектичного склеювання підбирає мікросхему та керується системою машинного зору, щоб точно розмістити мікросхему у відповідній позиції зв’язування провідної рамки. Мікросхема та провідний каркас утворюють евтектичний зв’язок між мікросхемою та підкладкою упаковки під дією нагрівання та тиску. Процес евтектичного з’єднання часто використовується в упаковках із свинцевої рами та керамічної підкладки.
Евтектичні сполучні матеріали зазвичай змішуються двома матеріалами при певній температурі. Зазвичай використовувані матеріали включають золото та олово, золото та кремній тощо. У разі використання процесу евтектичного з’єднання модуль трансмісії доріжки, де розташована провідна рама, попередньо нагріє раму. Ключ до реалізації процесу евтектичного з’єднання полягає в тому, що евтектичний з’єднувальний матеріал може розплавитися при температурі, значно нижчій від точки плавлення двох складових матеріалів, щоб утворити зв’язок. Щоб запобігти окисленню рами під час процесу евтектичного з’єднання, у процесі евтектичного з’єднання також часто використовуються захисні гази, такі як змішаний газ водню та азоту, які вводяться в доріжку для захисту свинцевої рами.
2. 4 Процес склеювання м’яким припоєм
Під час склеювання м’яким припоєм перед розміщенням мікросхеми місце з’єднання на рамці свинцю лудиться та пресується або подвійно лудиться, а рамку свинцю потрібно нагріти на доріжці. Перевагою процесу з’єднання м’яким припоєм є хороша теплопровідність, а недоліком – те, що він легко окислюється, і процес є відносно складним. Він підходить для упаковки свинцевої рами силових пристроїв, наприклад, контурної упаковки транзисторів.
2. 5 Процес скріплення сріблом
Найперспективнішим процесом з’єднання для нинішнього потужного напівпровідникового чіпа третього покоління є використання технології спікання металевих частинок, яка змішує полімери, такі як епоксидна смола, відповідальна за з’єднання, у провідний клей. Має відмінну електропровідність, теплопровідність і експлуатаційні характеристики при високих температурах. Це також ключова технологія для подальшого прориву в упаковці напівпровідників третього покоління за останні роки.
2.6 Процес термокомпресійного склеювання
У застосуванні упаковки високопродуктивних тривимірних інтегральних схем завдяки постійному зменшенню кроку вхідних/вихідних з’єднань чіпів, розміру виступу та кроку напівпровідникова компанія Intel запустила процес склеювання термокомпресією для передових застосувань з’єднання з малим кроком, з’єднуючи крихітні ударні чіпи з кроком від 40 до 50 мкм або навіть 10 мкм. Процес склеювання за допомогою термокомпресії підходить для застосувань чіп-пластина та чіп-підкладка. Будучи швидким багатоетапним процесом, процес склеювання термокомпресією стикається з проблемами керування процесом, такими як нерівномірна температура та неконтрольоване плавлення малого об’єму припою. Під час термокомпресійного склеювання температура, тиск, положення тощо повинні відповідати вимогам точного контролю.
2.7 Процес склеювання фліп-чіпів
Принцип процесу склеювання фліп-чіпів показано на малюнку 2. Фліп-механізм забирає чіп із пластини та перевертає його на 180° для переміщення чіпа. Насадка паяльної головки забирає мікросхему з перекидного механізму, і напрямок удару мікросхеми вниз. Після того, як сопло зварювальної головки переміститься до верхньої частини пакувальної підкладки, воно рухається вниз, щоб склеїти та закріпити мікросхему на пакувальній підкладці.
Упаковка фліп-чіпів є передовою технологією з’єднання мікросхем і стала основним напрямком розвитку передової технології упаковки. Він має характеристики високої щільності, високої продуктивності, тонкий і короткий, і може відповідати вимогам розробки споживчих електронних продуктів, таких як смартфони та планшети. Процес склеювання фліп-чіпів знижує вартість упаковки та може створювати складені чіпи та тривимірне пакування. Він широко використовується в таких галузях пакувальних технологій, як інтегроване пакування 2,5D/3D, пакування на рівні пластин і пакування на системному рівні. Процес склеювання фліп-чіпів є найпоширенішим і найпоширенішим процесом склеювання суцільної матриці в передовій технології пакування.
Час публікації: 18 листопада 2024 р