Проучване на полупроводникова матрицапроцес на свързване, включително процес на свързване с лепило, процес на евтектично свързване, процес на свързване с мека спойка, процес на свързване чрез синтероване на сребро, процес на горещо пресоване на свързване, процес на свързване на флип чип. Представят се видовете и важните технически показатели на оборудването за свързване на полупроводникови матрици, анализира се състоянието на развитие и се прогнозира тенденцията на развитие.
1 Преглед на полупроводниковата индустрия и опаковките
Полупроводниковата индустрия по-конкретно включва полупроводникови материали и оборудване нагоре по веригата, производство на полупроводници в средата на веригата и приложения надолу по веригата. полупроводниковата индустрия в моята страна започна късно, но след почти десет години бързо развитие, моята страна се превърна в най-големия потребителски пазар на полупроводникови продукти и най-големия пазар на полупроводниково оборудване в света. Полупроводниковата индустрия се развива бързо в режим на едно поколение оборудване, едно поколение процес и едно поколение продукти. Изследването на полупроводникови процеси и оборудване е основната движеща сила за непрекъснатия напредък на индустрията и гаранцията за индустриализацията и масовото производство на полупроводникови продукти.
Историята на развитието на технологията за опаковане на полупроводници е история на непрекъснато подобряване на производителността на чипа и непрекъсната миниатюризация на системите. Вътрешната движеща сила на технологията за опаковане се разви от областта на смартфоните от висок клас до области като високопроизводителни изчисления и изкуствен интелект. Четирите етапа на развитие на технологията за опаковане на полупроводници са показани в таблица 1.
Тъй като процесните възли на полупроводниковата литография се придвижват към 10 nm, 7 nm, 5 nm, 3 nm и 2 nm, разходите за научноизследователска и развойна дейност и производствените разходи продължават да растат, степента на добив намалява и законът на Мур се забавя. От гледна точка на тенденциите в индустриалното развитие, понастоящем ограничени от физическите граници на плътността на транзисторите и огромното увеличение на производствените разходи, опаковките се развиват в посока на миниатюризация, висока плътност, висока производителност, висока скорост, висока честота и висока интеграция. Полупроводниковата индустрия навлезе в ерата след Мур и усъвършенстваните процеси вече не са фокусирани само върху напредъка на технологичните възли за производство на пластини, а постепенно се обръщат към усъвършенствана технология за опаковане. Усъвършенстваната технология за опаковане може не само да подобри функциите и да увеличи стойността на продукта, но и ефективно да намали производствените разходи, превръщайки се във важен път за продължаване на закона на Мур. От една страна, технологията на основните частици се използва за разделяне на сложни системи на няколко опаковъчни технологии, които могат да бъдат опаковани в разнородни и разнородни опаковки. От друга страна, технологията на интегрираната система се използва за интегриране на устройства от различни материали и структури, което има уникални функционални предимства. Интегрирането на множество функции и устройства от различни материали се осъществява чрез използване на микроелектронна технология и се осъществява развитие от интегрални схеми към интегрирани системи.
Опаковката на полупроводниците е отправната точка за производството на чипове и мост между вътрешния свят на чипа и външната система. В момента, в допълнение към традиционните компании за опаковане и тестване на полупроводници, полупроводницивафлалеярни, компании за проектиране на полупроводници и компании за интегрирани компоненти активно разработват усъвършенствани опаковки или свързани ключови технологии за опаковане.
Основните процеси на традиционната технология за опаковане савафлаизтъняване, рязане, свързване на матрици, свързване на тел, пластмасово запечатване, галванопластика, рязане и формоване на ребра и др. Сред тях процесът на свързване на матрици е един от най-сложните и критични процеси на опаковане, а оборудването за процес на свързване на матрици също е един от най-критичното основно оборудване в полупроводниковите опаковки и е едно от опаковъчните съоръжения с най-висока пазарна стойност. Въпреки че усъвършенстваната технология за опаковане използва предни процеси като литография, ецване, метализация и планаризация, най-важният процес на опаковане все още е процесът на свързване на матрицата.
2 Процес на свързване на полупроводникова матрица
2.1 Преглед
Процесът на свързване на матрицата се нарича също зареждане на чип, зареждане на сърцевината, свързване на матрица, процес на свързване на чипове и т.н. Процесът на свързване на матрицата е показан на фигура 1. Най-общо казано, свързването на матрицата е да се вземе чипът от пластината с помощта на заваръчна глава смукателна дюза с помощта на вакуум и я поставете върху определената зона на подложката на оловната рамка или опаковъчния субстрат под визуално насоки, така че чипът и подложката да са свързани и фиксирани. Качеството и ефективността на процеса на свързване на матрицата ще повлияе пряко върху качеството и ефективността на последващото свързване на проводници, така че свързването на матрицата е една от ключовите технологии в полупроводниковия обратен процес.
За различните процеси на опаковане на полупроводникови продукти понастоящем има шест основни технологии за процес на свързване на матрици, а именно адхезивно свързване, евтектично свързване, свързване с мека спойка, свързване със сребърно синтероване, свързване чрез горещо пресоване и свързване с флип чип. За да се постигне добро свързване на чипове, е необходимо ключовите елементи на процеса в процеса на свързване на матрицата да си сътрудничат помежду си, главно включително материали за свързване на матрицата, температура, време, налягане и други елементи.
2. 2 Процес на залепване
По време на адхезивното залепване, определено количество лепило трябва да се нанесе върху водещата рамка или субстрата на опаковката, преди да се постави чипът, след което главата за свързване на матрицата поема чипа и чрез насочване на машинното зрение чипът се поставя точно върху залепването позиция на водещата рамка или субстрата на пакета, покрит с лепило, и определена сила на свързване на матрицата се прилага към чипа чрез машината за свързване на матрицата глава, образувайки адхезивен слой между чипа и водещата рамка или субстрата на опаковката, така че да се постигне целта на свързване, инсталиране и фиксиране на чипа. Този процес на залепване на матрицата се нарича още процес на залепване с лепило, тъй като лепилото трябва да се нанесе пред машината за залепване на матрицата.
Често използваните лепила включват полупроводникови материали като епоксидна смола и проводима сребърна паста. Адхезивното залепване е най-широко използваният процес на залепване на полупроводникови чипове, тъй като процесът е относително прост, цената е ниска и могат да се използват различни материали.
2.3 Процес на евтектично свързване
По време на евтектичното свързване, евтектичният свързващ материал обикновено се нанася предварително върху дъното на чипа или оловната рамка. Оборудването за евтектично свързване взема чипа и се насочва от системата за машинно зрение, за да постави точно чипа в съответната позиция за свързване на водещата рамка. Чипът и водещата рамка образуват евтектичен свързващ интерфейс между чипа и субстрата на пакета под комбинираното действие на нагряване и налягане. Процесът на евтектично свързване често се използва в оловни рамки и опаковки от керамични субстрати.
Евтектичните свързващи материали обикновено се смесват от два материала при определена температура. Често използваните материали включват злато и калай, злато и силиций и т.н. Когато използвате процеса на евтектично свързване, предавателният модул на пистата, където се намира водещата рамка, ще загрее предварително рамката. Ключът към реализацията на процеса на евтектично свързване е, че евтектичният свързващ материал може да се стопи при температура далеч под точката на топене на двата съставни материала, за да образува връзка. За да се предотврати окисляването на рамката по време на процеса на евтектично свързване, процесът на евтектично свързване също често използва защитни газове като смесен газ от водород и азот, които да бъдат въведени в коловоза за защита на водещата рамка.
2. 4 Процес на свързване с мека спойка
При залепване с мека спойка, преди поставянето на чипа, мястото на свързване върху оловната рамка се калайдиса и пресова или двойно калайдиса и оловната рамка трябва да се нагрее в пистата. Предимството на процеса на свързване с мека спойка е добрата топлопроводимост, а недостатъкът е, че лесно се окислява и процесът е сравнително сложен. Подходящ е за опаковане на оловни рамки на захранващи устройства, като опаковки на транзистори.
2. 5 Процес на свързване чрез синтероване на сребро
Най-обещаващият процес на свързване за настоящия трето поколение мощен полупроводников чип е използването на технология за синтероване на метални частици, която смесва полимери като епоксидна смола, отговорна за свързването в проводящото лепило. Има отлична електрическа проводимост, топлопроводимост и експлоатационни характеристики при висока температура. Това е и ключова технология за по-нататъшни пробиви в опаковките на полупроводници от трето поколение през последните години.
2.6 Процес на свързване чрез термокомпресия
В приложението за опаковане на високопроизводителни триизмерни интегрални схеми, поради непрекъснатото намаляване на стъпката на входа/изхода на междусистемните чипове, размера на изпъкналостта и стъпката, компанията за полупроводници Intel стартира процес на свързване чрез термокомпресия за усъвършенствани приложения за свързване с малка стъпка, свързвайки малки ударни чипове със стъпка от 40 до 50 μm или дори 10 μm. Процесът на свързване чрез термокомпресия е подходящ за приложения чип-към-вафла и чип-субстрат. Като бърз многоетапен процес, процесът на термокомпресионно свързване е изправен пред предизвикателства при проблеми с контрола на процеса, като неравномерна температура и неконтролируемо топене на спойка с малък обем. По време на термокомпресионното залепване температурата, налягането, позицията и т.н. трябва да отговарят на точни изисквания за контрол.
2.7 Процес на свързване на флип чип
Принципът на процеса на свързване на флип чип е показан на фигура 2. Механизмът на флип поема чипа от вафлата и го обръща на 180°, за да прехвърли чипа. Дюзата на запояващата глава поема чипа от механизма за обръщане и посоката на удара на чипа е надолу. След като дюзата на заваръчната глава се придвижи към горната част на опаковъчния субстрат, тя се движи надолу, за да залепи и фиксира чипа върху опаковъчния субстрат.
Опаковката с обръщащи се чипове е усъвършенствана технология за взаимно свързване на чипове и се превърна в основна посока на развитие на усъвършенстваната технология за опаковане. Той има характеристиките на висока плътност, висока производителност, тънък и къс и може да отговори на изискванията за разработка на потребителски електронни продукти като смартфони и таблети. Процесът на свързване на флип чипове прави разходите за опаковане по-ниски и може да реализира подредени чипове и триизмерни опаковки. Той се използва широко в области на технологията за опаковане като 2.5D/3D интегрирано опаковане, опаковане на ниво вафла и опаковане на системно ниво. Процесът на свързване на флип чип е най-широко използваният и най-широко използваният процес на свързване на твърда матрица в напредналата технология за опаковане.
Време на публикуване: 18 ноември 2024 г