Исследование полупроводникового кристаллапроцесс склеивания, включая процесс склеивания, процесс эвтектического соединения, процесс соединения мягким припоем, процесс соединения спеканием серебра, процесс соединения горячим прессованием, процесс соединения перевернутым чипом. Представлены типы и важные технические показатели оборудования для пайки полупроводниковых штампов, проанализировано состояние разработки и проанализированы тенденции развития.
1 Обзор полупроводниковой промышленности и упаковки
Полупроводниковая промышленность, в частности, включает в себя производство полупроводниковых материалов и оборудования, среднее производство полупроводников и последующие приложения. Полупроводниковая промышленность моей страны началась поздно, но после почти десяти лет быстрого развития моя страна стала крупнейшим в мире потребительским рынком полупроводниковой продукции и крупнейшим в мире рынком полупроводникового оборудования. Полупроводниковая промышленность быстро развивается в режиме одного поколения оборудования, одного поколения процессов и одного поколения продуктов. Исследования полупроводниковых процессов и оборудования являются основной движущей силой непрерывного прогресса отрасли и гарантией индустриализации и массового производства полупроводниковой продукции.
История развития технологии изготовления полупроводниковых корпусов — это история постоянного улучшения производительности чипов и непрерывной миниатюризации систем. Внутренняя движущая сила упаковочных технологий превратилась из области смартфонов высокого класса в такие области, как высокопроизводительные вычисления и искусственный интеллект. Четыре этапа развития технологии упаковки полупроводников представлены в таблице 1.
По мере того как технологические узлы полупроводниковой литографии движутся к 10, 7, 5, 3 и 2 нм, затраты на исследования и разработки продолжают расти, производительность снижается, а действие закона Мура замедляется. С точки зрения тенденций промышленного развития, которые в настоящее время ограничены физическими пределами плотности транзисторов и огромным увеличением производственных затрат, упаковка развивается в направлении миниатюризации, высокой плотности, высокой производительности, высокой скорости, высокой частоты и высокой интеграции. Полупроводниковая промышленность вступила в эпоху после Мура, и передовые процессы больше не сосредоточены только на совершенствовании технологических узлов производства пластин, но постепенно переходят к передовым технологиям упаковки. Передовые технологии упаковки могут не только улучшить функциональность и повысить ценность продукта, но и эффективно снизить производственные затраты, становясь важным путем к продолжению действия закона Мура. С одной стороны, технология основных частиц используется для разделения сложных систем на несколько технологий упаковки, которые можно упаковать в разнородную и разнородную упаковку. С другой стороны, технология интегрированной системы используется для интеграции устройств из разных материалов и конструкций, что имеет уникальные функциональные преимущества. Интеграция множества функций и устройств из разных материалов реализуется с использованием технологий микроэлектроники, а также осуществляется переход от интегральных схем к интегрированным системам.
Упаковка полупроводников является отправной точкой для производства чипов и мостом между внутренним миром чипа и внешней системой. В настоящее время, в дополнение к традиционным компаниям по упаковке и тестированию полупроводников, полупроводниковыевафлялитейные заводы, компании по проектированию полупроводников и компании по производству интегрированных компонентов активно разрабатывают передовые технологии упаковки или связанные с ними ключевые технологии упаковки.
Основными процессами традиционной упаковочной технологии являютсявафляутонение, резка, склеивание штампов, склеивание проволокой, пластиковая герметизация, гальваника, резка ребер и формование и т. д. Среди них процесс склеивания штампов является одним из наиболее сложных и ответственных процессов упаковки, а технологическое оборудование для склеивания штампов также является одним из самое важное основное оборудование в упаковке полупроводников и одно из упаковочных устройств с самой высокой рыночной стоимостью. Хотя в передовых технологиях упаковки используются такие начальные процессы, как литография, травление, металлизация и планаризация, наиболее важным процессом упаковки по-прежнему остается процесс склеивания штампов.
2 Процесс соединения полупроводниковой матрицы
2.1 Обзор
Процесс склеивания матрицы также называется загрузкой стружки, загрузкой сердечника, склеиванием матрицы, процессом склеивания стружки и т. д. Процесс склеивания матрицы показан на рисунке 1. Вообще говоря, склеивание матрицы заключается в снятии стружки с пластины с помощью сварочной головки. всасывающую насадку с помощью вакуума и под визуальным контролем поместите ее на отведенную для этого область площадки выводной рамки или упаковочной подложки так, чтобы чип и площадка склеились и зафиксировались. Качество и эффективность процесса соединения кристаллов напрямую влияют на качество и эффективность последующего соединения проводов, поэтому соединение кристаллов является одной из ключевых технологий в процессе изготовления полупроводников.
Для различных процессов упаковки полупроводниковых изделий в настоящее время существует шесть основных технологий склеивания штампов, а именно склеивание, эвтектическое склеивание, склеивание мягким припоем, спекание серебром, склеивание горячим прессованием и склеивание перевернутым чипом. Чтобы добиться хорошего склеивания чипов, необходимо, чтобы ключевые элементы процесса соединения штампов взаимодействовали друг с другом, в основном включая материалы для склеивания кристаллов, температуру, время, давление и другие элементы.
2. 2 Процесс склеивания клея
Во время склеивания определенное количество клея необходимо нанести на выводную рамку или подложку корпуса перед установкой чипа, а затем головка для склеивания штампа захватывает чип, и под контролем машинного зрения чип точно помещается на склеивание. положение выводной рамки или подложки корпуса, покрытой клеем, и определенная сила склеивания матрицы прикладывается к чипу через головку машины для склеивания матрицы, образуя клеевой слой между чипом и выводной рамкой или подложкой корпуса, чтобы достичь целью склеивания, установки и фиксации чип. Этот процесс склеивания штампов также называется процессом склеивания штампов, поскольку клей необходимо наносить перед машиной для склеивания штампов.
Обычно используемые клеи включают полупроводниковые материалы, такие как эпоксидная смола и проводящая серебряная паста. Клеевое соединение является наиболее широко используемым процессом соединения кристаллов полупроводниковых чипов, поскольку этот процесс относительно прост, его стоимость невелика и можно использовать различные материалы.
2.3 Процесс эвтектического склеивания
При эвтектическом склеивании эвтектический связующий материал обычно предварительно наносится на нижнюю часть чипа или выводную рамку. Оборудование для эвтектического склеивания захватывает чип и направляется системой машинного зрения для точного размещения чипа в соответствующем положении склеивания на выводной рамке. Чип и выводная рамка образуют эвтектическое соединение между чипом и подложкой корпуса под совместным действием нагрева и давления. Процесс эвтектического склеивания часто используется в упаковке выводных рамок и керамических подложек.
Эвтектические связующие материалы обычно смешиваются с двумя материалами при определенной температуре. Обычно используемые материалы включают золото и олово, золото и кремний и т. д. При использовании процесса эвтектического соединения модуль гусеничной передачи, в котором расположена выводная рама, предварительно нагревает раму. Ключом к реализации процесса эвтектического соединения является то, что эвтектический связующий материал может плавиться при температуре, намного ниже точки плавления двух составляющих материалов, образуя связь. Чтобы предотвратить окисление рамы во время процесса эвтектического склеивания, в процессе эвтектического склеивания также часто используются защитные газы, такие как смесь водорода и азота, которые вводятся в направляющую для защиты выводной рамы.
2. 4. Процесс приклеивания мягким припоем
При соединении мягким припоем перед установкой чипа место соединения на выводной рамке лужеется и прижимается или дважды лужеется, а выводную рамку необходимо нагреть на дорожке. Преимуществом процесса соединения мягким припоем является хорошая теплопроводность, а недостатком — его легко окислить и этот процесс относительно сложен. Он подходит для упаковки силовых устройств в свинцовой рамке, например, для упаковки транзисторов.
2.5 Процесс спекания серебра
Наиболее многообещающим процессом соединения для нынешних силовых полупроводниковых чипов третьего поколения является использование технологии спекания металлических частиц, при которой полимеры, такие как эпоксидная смола, ответственные за соединение, смешиваются в проводящем клее. Он обладает превосходной электропроводностью, теплопроводностью и эксплуатационными характеристиками при высоких температурах. Это также ключевая технология для дальнейших прорывов в производстве полупроводниковых корпусов третьего поколения в последние годы.
2.6 Процесс термокомпрессионного склеивания
В области упаковки высокопроизводительных трехмерных интегральных схем в связи с постоянным уменьшением шага входных/выходных соединений микросхем, размера и шага выступов полупроводниковая компания Intel запустила процесс термокомпрессионного соединения для усовершенствованных приложений соединения с малым шагом, склеивая крошечные детали. ударные стружки с шагом от 40 до 50 мкм или даже 10 мкм. Процесс термокомпрессионного соединения подходит для соединений чип-пластина и чип-подложка. Будучи быстрым многоэтапным процессом, процесс термокомпрессионной сварки сталкивается с проблемами управления процессом, такими как неравномерность температуры и неконтролируемое плавление припоя небольшого объема. Во время термокомпрессионного соединения температура, давление, положение и т. д. должны соответствовать точным требованиям контроля.
2.7 Процесс приклеивания перевернутого чипа
Принцип процесса приклеивания чипа с переворотом показан на рисунке 2. Механизм переворота захватывает чип с пластины и поворачивает его на 180° для переноса чипа. Сопло паяльной головки захватывает чип из поворотного механизма, направление удара чипа — вниз. После того как сопло сварочной головки перемещается к верхней части упаковочной основы, оно перемещается вниз, чтобы склеить и зафиксировать чип на упаковочной основе.
Упаковка флип-чипов представляет собой передовую технологию соединения чипов и стала основным направлением развития передовых технологий упаковки. Он имеет характеристики высокой плотности, высокой производительности, тонкий и короткий и может удовлетворить требования разработки потребительской электронной продукции, такой как смартфоны и планшеты. Процесс склеивания перевернутых чипов снижает стоимость упаковки и позволяет создавать штабелированные чипы и трехмерную упаковку. Он широко используется в таких областях упаковочных технологий, как интегрированная упаковка 2,5D/3D, упаковка на уровне пластин и упаковка на системном уровне. Процесс склеивания перевернутых чипов является наиболее широко используемым и наиболее широко используемым процессом склеивания твердых кристаллов в передовых технологиях упаковки.
Время публикации: 18 ноября 2024 г.