Μελέτη για μήτρα ημιαγωγώνδιαδικασία συγκόλλησης, συμπεριλαμβανομένης της διαδικασίας συγκόλλησης με κόλλα, της διαδικασίας ευτηκτικής συγκόλλησης, της διαδικασίας συγκόλλησης με μαλακή συγκόλληση, της διαδικασίας συγκόλλησης με πυροσυσσωμάτωση αργύρου, της διαδικασίας συγκόλλησης με θερμή πίεση, της διαδικασίας συγκόλλησης με flip chip. Εισάγονται οι τύποι και οι σημαντικοί τεχνικοί δείκτες του εξοπλισμού συγκόλλησης μήτρας ημιαγωγών, αναλύεται η κατάσταση ανάπτυξης και εξετάζεται η τάση ανάπτυξης.
1 Επισκόπηση της βιομηχανίας ημιαγωγών και της συσκευασίας
Η βιομηχανία ημιαγωγών περιλαμβάνει συγκεκριμένα υλικά και εξοπλισμό ανάντη ημιαγωγών, την κατασκευή ημιαγωγών μεσαίου ρεύματος και εφαρμογές κατάντη. η βιομηχανία ημιαγωγών της χώρας μου ξεκίνησε αργά, αλλά μετά από σχεδόν δέκα χρόνια ταχείας ανάπτυξης, η χώρα μου έχει γίνει η μεγαλύτερη καταναλωτική αγορά προϊόντων ημιαγωγών στον κόσμο και η μεγαλύτερη αγορά εξοπλισμού ημιαγωγών στον κόσμο. Η βιομηχανία ημιαγωγών αναπτύσσεται γρήγορα με τον τρόπο μιας γενιάς εξοπλισμού, μιας γενιάς διεργασιών και μιας γενιάς προϊόντων. Η έρευνα για τη διεργασία και τον εξοπλισμό ημιαγωγών είναι η βασική κινητήρια δύναμη για τη συνεχή πρόοδο του κλάδου και η εγγύηση για την εκβιομηχάνιση και τη μαζική παραγωγή προϊόντων ημιαγωγών.
Η ιστορία ανάπτυξης της τεχνολογίας συσκευασίας ημιαγωγών είναι η ιστορία της συνεχούς βελτίωσης της απόδοσης των τσιπ και της συνεχούς σμίκρυνσης των συστημάτων. Η εσωτερική κινητήρια δύναμη της τεχνολογίας συσκευασίας έχει εξελιχθεί από τον τομέα των smartphone υψηλής τεχνολογίας σε τομείς όπως οι υπολογιστές υψηλής απόδοσης και η τεχνητή νοημοσύνη. Τα τέσσερα στάδια της ανάπτυξης της τεχνολογίας συσκευασίας ημιαγωγών φαίνονται στον Πίνακα 1.
Καθώς οι κόμβοι διαδικασίας λιθογραφίας ημιαγωγών κινούνται προς τα 10 nm, 7 nm, 5 nm, 3 nm και 2 nm, το κόστος Ε&Α και παραγωγής συνεχίζει να αυξάνεται, ο ρυθμός απόδοσης μειώνεται και ο νόμος του Moore επιβραδύνεται. Από την προοπτική των τάσεων της βιομηχανικής ανάπτυξης, που επί του παρόντος περιορίζονται από τα φυσικά όρια της πυκνότητας των τρανζίστορ και την τεράστια αύξηση του κόστους κατασκευής, η συσκευασία αναπτύσσεται προς την κατεύθυνση της σμίκρυνσης, της υψηλής πυκνότητας, της υψηλής απόδοσης, της υψηλής ταχύτητας, της υψηλής συχνότητας και της υψηλής ολοκλήρωσης. Η βιομηχανία ημιαγωγών έχει εισέλθει στη μετα-Moore εποχή και οι προηγμένες διαδικασίες δεν επικεντρώνονται πλέον μόνο στην πρόοδο των κόμβων τεχνολογίας κατασκευής γκοφρετών, αλλά σταδιακά στρέφονται στην προηγμένη τεχνολογία συσκευασίας. Η προηγμένη τεχνολογία συσκευασίας μπορεί όχι μόνο να βελτιώσει τις λειτουργίες και να αυξήσει την αξία του προϊόντος, αλλά και να μειώσει αποτελεσματικά το κόστος κατασκευής, καθιστώντας ένα σημαντικό μονοπάτι για τη συνέχιση του νόμου του Moore. Από τη μία πλευρά, η τεχνολογία σωματιδίων πυρήνα χρησιμοποιείται για να χωρίσει πολύπλοκα συστήματα σε διάφορες τεχνολογίες συσκευασίας που μπορούν να συσκευαστούν σε ετερογενή και ετερογενή συσκευασία. Από την άλλη πλευρά, η τεχνολογία του ολοκληρωμένου συστήματος χρησιμοποιείται για την ενσωμάτωση συσκευών διαφορετικών υλικών και δομών, κάτι που έχει μοναδικά λειτουργικά πλεονεκτήματα. Η ενοποίηση πολλαπλών λειτουργιών και συσκευών διαφορετικών υλικών πραγματοποιείται με τη χρήση τεχνολογίας μικροηλεκτρονικής και πραγματοποιείται η ανάπτυξη από ολοκληρωμένα κυκλώματα σε ολοκληρωμένα συστήματα.
Η συσκευασία ημιαγωγών είναι το σημείο εκκίνησης για την παραγωγή τσιπ και μια γέφυρα μεταξύ του εσωτερικού κόσμου του τσιπ και του εξωτερικού συστήματος. Επί του παρόντος, εκτός από τις παραδοσιακές εταιρείες συσκευασίας και δοκιμών ημιαγωγών, ημιαγωγώνόστιαχυτήρια, εταιρείες σχεδιασμού ημιαγωγών και εταιρείες ολοκληρωμένων εξαρτημάτων αναπτύσσουν ενεργά προηγμένες τεχνολογίες συσκευασίας ή σχετικές βασικές τεχνολογίες συσκευασίας.
Οι κύριες διαδικασίες της παραδοσιακής τεχνολογίας συσκευασίας είναιόστιααραίωση, κοπή, συγκόλληση μήτρας, συγκόλληση σύρματος, πλαστική σφράγιση, ηλεκτρολυτική επιμετάλλωση, κοπή και χύτευση με ραβδώσεις, κ.λπ. ο πιο κρίσιμος βασικός εξοπλισμός στη συσκευασία ημιαγωγών και είναι ένας από τους εξοπλισμούς συσκευασίας με την υψηλότερη αγοραία αξία. Αν και η προηγμένη τεχνολογία συσκευασίας χρησιμοποιεί διεργασίες μπροστινής πλευράς όπως λιθογραφία, χάραξη, επιμετάλλωση και επιπεδοποίηση, η πιο σημαντική διαδικασία συσκευασίας εξακολουθεί να είναι η διαδικασία συγκόλλησης καλουπιών.
2 Διαδικασία συγκόλλησης μήτρας ημιαγωγών
2.1 Επισκόπηση
Η διαδικασία συγκόλλησης καλουπιού ονομάζεται επίσης φόρτωση τσιπ, φόρτωση πυρήνα, συγκόλληση μήτρας, διαδικασία συγκόλλησης με μήτρα, κ.λπ. Η διαδικασία συγκόλλησης μήτρας φαίνεται στο σχήμα 1. Γενικά, η συγκόλληση με μήτρα είναι η παραλαβή του τσιπ από τη γκοφρέτα χρησιμοποιώντας μια κεφαλή συγκόλλησης ακροφύσιο αναρρόφησης χρησιμοποιώντας κενό και τοποθετήστε το στην καθορισμένη περιοχή του μολύβδου του πλαισίου ή του υποστρώματος συσκευασίας υπό οπτική καθοδήγηση, έτσι ώστε το τσιπ και το τα μαξιλαράκια συγκολλούνται και στερεώνονται. Η ποιότητα και η αποτελεσματικότητα της διαδικασίας συγκόλλησης καλουπιών θα επηρεάσει άμεσα την ποιότητα και την αποτελεσματικότητα της επακόλουθης συγκόλλησης καλωδίων, επομένως η συγκόλληση καλουπιών είναι μία από τις βασικές τεχνολογίες στη διαδικασία back-end ημιαγωγών.
Για διαφορετικές διεργασίες συσκευασίας προϊόντων ημιαγωγών, υπάρχουν επί του παρόντος έξι κύριες τεχνολογίες διαδικασίας συγκόλλησης καλουπιών, δηλαδή συγκόλληση με κόλλα, ευτηκτική συγκόλληση, συγκόλληση μαλακής συγκόλλησης, συγκόλληση με πυροσυσσωμάτωση αργύρου, συγκόλληση με θερμή συμπίεση και συγκόλληση με flip-chip. Για να επιτευχθεί καλή συγκόλληση τσιπ, είναι απαραίτητο τα βασικά στοιχεία της διαδικασίας στη διαδικασία συγκόλλησης καλουπιών να συνεργάζονται μεταξύ τους, συμπεριλαμβανομένων κυρίως των υλικών συγκόλλησης καλουπιών, της θερμοκρασίας, του χρόνου, της πίεσης και άλλων στοιχείων.
2. 2 Διαδικασία συγκόλλησης με κόλλα
Κατά τη συγκόλληση της κόλλας, πρέπει να εφαρμοστεί μια ορισμένη ποσότητα κόλλας στο μολύβδινο πλαίσιο ή στο υπόστρωμα της συσκευασίας πριν από την τοποθέτηση του τσιπ, και στη συνέχεια η κεφαλή συγκόλλησης μήτρας παίρνει το τσιπ και μέσω της καθοδήγησης της μηχανικής όρασης, το τσιπ τοποθετείται με ακρίβεια στη συγκόλληση θέση του μολύβδου πλαισίου ή του υποστρώματος συσκευασίας επικαλυμμένο με κόλλα, και μια συγκεκριμένη δύναμη συγκόλλησης μήτρας εφαρμόζεται στο τσιπ μέσω της κεφαλής της μηχανής συγκόλλησης μήτρας, σχηματίζοντας ένα στρώμα κόλλας μεταξύ του τσιπ και του πλαίσιο μολύβδου ή υπόστρωμα συσκευασίας, έτσι ώστε να επιτευχθεί ο σκοπός της συγκόλλησης, εγκατάστασης και στερέωσης του τσιπ. Αυτή η διαδικασία συγκόλλησης καλουπιού ονομάζεται επίσης διαδικασία συγκόλλησης κόλλας επειδή πρέπει να εφαρμοστεί κόλλα μπροστά από τη μηχανή συγκόλλησης μήτρας.
Οι κοινώς χρησιμοποιούμενες κόλλες περιλαμβάνουν ημιαγωγικά υλικά όπως εποξειδική ρητίνη και αγώγιμη πάστα αργύρου. Η συγκόλληση με κόλλα είναι η πιο ευρέως χρησιμοποιούμενη διαδικασία συγκόλλησης μήτρας τσιπ ημιαγωγών επειδή η διαδικασία είναι σχετικά απλή, το κόστος είναι χαμηλό και μπορεί να χρησιμοποιηθεί μια ποικιλία υλικών.
2.3 Διαδικασία ευτηκτικής σύνδεσης
Κατά τη διάρκεια της ευτηκτικής συγκόλλησης, το υλικό ευτηκτικής συγκόλλησης γενικά προ-εφαρμόζεται στο κάτω μέρος του τσιπ ή στο πλαίσιο μολύβδου. Ο εξοπλισμός ευτηκτικής συγκόλλησης παίρνει το τσιπ και καθοδηγείται από το σύστημα μηχανικής όρασης για να τοποθετήσει με ακρίβεια το τσιπ στην αντίστοιχη θέση συγκόλλησης του πλαισίου ηλεκτροδίου. Το τσιπ και το πλαίσιο μολύβδου σχηματίζουν μια ευτηκτική διεπαφή σύνδεσης μεταξύ του τσιπ και του υποστρώματος της συσκευασίας υπό τη συνδυασμένη δράση θέρμανσης και πίεσης. Η διαδικασία ευτηκτικής συγκόλλησης χρησιμοποιείται συχνά σε συσκευασίες μολύβδου και κεραμικού υποστρώματος.
Τα υλικά ευτηκτικής σύνδεσης αναμιγνύονται γενικά με δύο υλικά σε μια ορισμένη θερμοκρασία. Τα υλικά που χρησιμοποιούνται συνήθως περιλαμβάνουν χρυσό και κασσίτερο, χρυσό και πυρίτιο κ.λπ. Όταν χρησιμοποιείτε τη διαδικασία ευτηκτικής συγκόλλησης, η μονάδα μετάδοσης τροχιάς όπου βρίσκεται το πλαίσιο μολύβδου θα προθερμάνει το πλαίσιο. Το κλειδί για την πραγματοποίηση της διαδικασίας ευτηκτικής σύνδεσης είναι ότι το υλικό ευτηκτικής σύνδεσης μπορεί να λιώσει σε θερμοκρασία πολύ κάτω από το σημείο τήξης των δύο συστατικών υλικών για να σχηματίσει έναν δεσμό. Προκειμένου να αποτραπεί η οξείδωση του πλαισίου κατά τη διάρκεια της διαδικασίας ευτηκτικής σύνδεσης, η διαδικασία ευτηκτικής σύνδεσης χρησιμοποιεί επίσης συχνά προστατευτικά αέρια όπως υδρογόνο και αναμεμειγμένο αέριο αζώτου για να εισαχθούν στην τροχιά για την προστασία του πλαισίου μολύβδου.
2. 4 Διαδικασία συγκόλλησης μαλακής συγκόλλησης
Κατά τη συγκόλληση με μαλακή συγκόλληση, πριν από την τοποθέτηση του τσιπ, η θέση συγκόλλησης στο πλαίσιο μολύβδου επικασσιτερώνεται και συμπιέζεται ή διπλά επικασσιτερώνεται και το πλαίσιο μολύβδου πρέπει να θερμανθεί στην τροχιά. Το πλεονέκτημα της διαδικασίας μαλακής συγκόλλησης είναι η καλή θερμική αγωγιμότητα και το μειονέκτημα είναι ότι είναι εύκολο να οξειδωθεί και η διαδικασία είναι σχετικά περίπλοκη. Είναι κατάλληλο για συσκευασία μολύβδου πλαισίου συσκευών ισχύος, όπως συσκευασία περιγράμματος τρανζίστορ.
2. 5 Διαδικασία συγκόλλησης πυροσυσσωμάτωσης αργύρου
Η πιο πολλά υποσχόμενη διαδικασία συγκόλλησης για το τρέχον τσιπ ημιαγωγού ισχύος τρίτης γενιάς είναι η χρήση τεχνολογίας πυροσυσσωμάτωσης μεταλλικών σωματιδίων, η οποία αναμιγνύει πολυμερή όπως η εποξική ρητίνη που είναι υπεύθυνη για τη σύνδεση στην αγώγιμη κόλλα. Έχει εξαιρετική ηλεκτρική αγωγιμότητα, θερμική αγωγιμότητα και χαρακτηριστικά σέρβις υψηλής θερμοκρασίας. Είναι επίσης μια βασική τεχνολογία για περαιτέρω ανακαλύψεις στη συσκευασία ημιαγωγών τρίτης γενιάς τα τελευταία χρόνια.
2.6 Διαδικασία συγκόλλησης με θερμοσυμπίεση
Στην εφαρμογή συσκευασίας τρισδιάστατων ολοκληρωμένων κυκλωμάτων υψηλής απόδοσης, λόγω της συνεχούς μείωσης του βήματος εισόδου/εξόδου διασύνδεσης του τσιπ, του μεγέθους πρόσκρουσης και του βήματος, η εταιρεία ημιαγωγών Intel έχει ξεκινήσει μια διαδικασία συγκόλλησης θερμοσυμπίεσης για προηγμένες εφαρμογές συγκόλλησης μικρού βήματος. τσιπς πρόσκρουσης με βήμα 40 έως 50 μm ή ακόμα και 10 μm. Η διαδικασία συγκόλλησης θερμοσυμπίεσης είναι κατάλληλη για εφαρμογές από τσιπ σε γκοφρέτα και από τσιπ σε υπόστρωμα. Ως γρήγορη διαδικασία πολλαπλών βημάτων, η διαδικασία συγκόλλησης θερμοσυμπίεσης αντιμετωπίζει προκλήσεις σε θέματα ελέγχου διεργασίας, όπως ανομοιόμορφη θερμοκρασία και ανεξέλεγκτη τήξη συγκολλήσεων μικρού όγκου. Κατά τη συγκόλληση θερμοσυμπίεσης, η θερμοκρασία, η πίεση, η θέση κ.λπ. πρέπει να πληρούν τις ακριβείς απαιτήσεις ελέγχου.
2.7 Διαδικασία συγκόλλησης τσιπς
Η αρχή της διαδικασίας συγκόλλησης με flip chip φαίνεται στο Σχήμα 2. Ο μηχανισμός αναστροφής παίρνει το τσιπ από τη γκοφρέτα και το αναποδογυρίζει κατά 180° για να μεταφέρει το τσιπ. Το ακροφύσιο της κεφαλής συγκόλλησης σηκώνει το τσιπ από τον μηχανισμό ανατροπής και η κατεύθυνση πρόσκρουσης του τσιπ είναι προς τα κάτω. Αφού το ακροφύσιο της κεφαλής συγκόλλησης μετακινηθεί στην κορυφή του υποστρώματος συσκευασίας, κινείται προς τα κάτω για να κολλήσει και να στερεώσει το τσιπ στο υπόστρωμα συσκευασίας.
Η συσκευασία Flip chip είναι μια προηγμένη τεχνολογία διασύνδεσης τσιπ και έχει γίνει η κύρια κατεύθυνση ανάπτυξης της προηγμένης τεχνολογίας συσκευασίας. Έχει τα χαρακτηριστικά υψηλής πυκνότητας, υψηλής απόδοσης, λεπτού και κοντού και μπορεί να καλύψει τις απαιτήσεις ανάπτυξης καταναλωτικών ηλεκτρονικών προϊόντων όπως smartphone και tablet. Η διαδικασία συγκόλλησης με flip chip κάνει το κόστος συσκευασίας χαμηλότερο και μπορεί να πραγματοποιήσει στοιβαγμένα τσιπ και τρισδιάστατη συσκευασία. Χρησιμοποιείται ευρέως σε τομείς τεχνολογίας συσκευασίας, όπως η ολοκληρωμένη συσκευασία 2,5D/3D, η συσκευασία σε επίπεδο γκοφρέτας και η συσκευασία σε επίπεδο συστήματος. Η διαδικασία συγκόλλησης με flip chip είναι η πιο ευρέως χρησιμοποιούμενη και πιο ευρέως χρησιμοποιούμενη διαδικασία συγκόλλησης στερεών καλουπιών στην προηγμένη τεχνολογία συσκευασίας.
Ώρα δημοσίευσης: Νοε-18-2024