Studiu asupra matriței semiconductoareproces de lipire, inclusiv procesul de lipire adeziv, procesul de lipire eutectic, procesul de lipire prin lipire moale, procesul de lipire prin sinterizare a argintului, procesul de lipire prin presare la cald, procesul de lipire flip chip. Sunt introduse tipurile și indicatorii tehnici importanți ai echipamentelor de lipire a matrițelor semiconductoare, se analizează starea de dezvoltare și se prospectează tendința de dezvoltare.
1 Prezentare generală a industriei semiconductoarelor și a ambalajelor
Industria semiconductoarelor include în mod special materiale și echipamente semiconductoare din amonte, producția de semiconductori midstream și aplicații din aval. industria semiconductoarelor din țara mea a început târziu, dar după aproape zece ani de dezvoltare rapidă, țara mea a devenit cea mai mare piață de consum de produse semiconductoare din lume și cea mai mare piață de echipamente semiconductoare din lume. Industria semiconductoarelor s-a dezvoltat rapid în modul de o generație de echipamente, o generație de proces și o generație de produse. Cercetarea proceselor și echipamentelor semiconductoare este forța motrice de bază pentru progresul continuu al industriei și garanția pentru industrializarea și producția în masă a produselor semiconductoare.
Istoria dezvoltării tehnologiei de ambalare a semiconductorilor este istoria îmbunătățirii continue a performanței cipurilor și miniaturizării continue a sistemelor. Forța motrice internă a tehnologiei de ambalare a evoluat din domeniul smartphone-urilor de ultimă generație la domenii precum calculul de înaltă performanță și inteligența artificială. Cele patru etape ale dezvoltării tehnologiei de ambalare a semiconductoarelor sunt prezentate în Tabelul 1.
Pe măsură ce nodurile procesului de litografie semiconductoare se deplasează către 10 nm, 7 nm, 5 nm, 3 nm și 2 nm, costurile de cercetare și dezvoltare și de producție continuă să crească, rata de randament scade, iar Legea lui Moore încetinește. Din perspectiva tendințelor de dezvoltare industrială, constrânsă în prezent de limitele fizice ale densității tranzistorilor și de creșterea uriașă a costurilor de producție, ambalajul se dezvoltă în direcția miniaturizării, densității ridicate, performanțelor ridicate, vitezei mari, frecvenței ridicate și integrării ridicate. Industria semiconductoarelor a intrat în era post-Moore, iar procesele avansate nu se mai concentrează doar pe avansarea nodurilor tehnologice de fabricare a plachetelor, ci se îndreaptă treptat către tehnologia avansată de ambalare. Tehnologia avansată de ambalare poate nu numai să îmbunătățească funcțiile și să crească valoarea produsului, ci și să reducă efectiv costurile de producție, devenind o cale importantă pentru a continua Legea lui Moore. Pe de o parte, tehnologia particulelor de bază este utilizată pentru a împărți sistemele complexe în mai multe tehnologii de ambalare care pot fi ambalate în ambalaje eterogene și eterogene. Pe de altă parte, tehnologia sistemului integrat este utilizată pentru a integra dispozitive din diferite materiale și structuri, ceea ce are avantaje funcționale unice. Integrarea mai multor funcții și dispozitive din diferite materiale se realizează prin utilizarea tehnologiei microelectronice, iar dezvoltarea de la circuite integrate la sisteme integrate este realizată.
Ambalarea semiconductoarelor este punctul de plecare pentru producția de cip și o punte între lumea internă a cipului și sistemul extern. În prezent, în plus față de companiile tradiționale de ambalare și testare a semiconductorilor, semiconductorinapolitanaturnătorii, companiile de proiectare a semiconductorilor și companiile de componente integrate dezvoltă activ ambalaje avansate sau tehnologii cheie de ambalare conexe.
Principalele procese ale tehnologiei tradiționale de ambalare suntnapolitanasubțierea, tăierea, lipirea matrițelor, lipirea sârmei, etanșarea cu plastic, galvanizarea, tăierea și turnarea nervurilor etc. Printre acestea, procesul de lipire a matrițelor este unul dintre cele mai complexe și critice procese de ambalare, iar echipamentul de proces de lipire a matriței este, de asemenea, unul dintre cel mai critic echipament de bază în ambalarea semiconductoarelor și este unul dintre echipamentele de ambalare cu cea mai mare valoare de piață. Deși tehnologia avansată de ambalare folosește procese front-end, cum ar fi litografia, gravarea, metalizarea și planarizarea, cel mai important proces de ambalare este încă procesul de lipire a matriței.
2 Procesul de lipire a matrițelor semiconductoare
2.1 Prezentare generală
Procesul de lipire a matriței se mai numește și încărcare a așchiilor, încărcare a miezului, lipire a matriței, proces de lipire a așchiilor etc. Procesul de lipire a matriței este prezentat în Figura 1. În general, lipirea matriței este de a ridica așchiul din plachetă folosind un cap de sudură. duză de aspirație folosind vid și așezați-o pe suprafața desemnată a tamponului a cadrului de plumb sau a substratului de ambalare sub ghidare vizuală, astfel încât cip și tampon să fie lipite și fixate. Calitatea și eficiența procesului de lipire a matrițelor vor afecta în mod direct calitatea și eficiența legăturii ulterioare a firului, astfel încât legarea matrițelor este una dintre tehnologiile cheie în procesul de back-end semiconductor.
Pentru diferite procese de ambalare a produselor semiconductoare, există în prezent șase tehnologii principale ale procesului de lipire a matrițelor, și anume lipirea adezivă, lipirea eutectică, lipirea prin lipire moale, lipirea prin sinterizare cu argint, lipirea prin presare la cald și lipirea flip-chip. Pentru a obține o lipire bună a așchiilor, este necesar ca elementele cheie ale procesului din procesul de lipire a matriței să coopereze între ele, incluzând în principal materialele de lipire a matriței, temperatura, timpul, presiunea și alte elemente.
2. 2 Proces de lipire adeziv
În timpul lipirii cu adeziv, o anumită cantitate de adeziv trebuie aplicată pe cadrul de plumb sau pe substratul pachetului înainte de a plasa cip, apoi capul de lipire a matriței preia cipul, iar prin ghidaj de viziune artificială, cip este plasat cu precizie pe lipire. poziția cadrului de plumb sau a substratului pachetului acoperit cu adeziv și o anumită forță de lipire a matriței este aplicată cipului prin capul mașinii de lipire a matriței, formând un strat adeziv între cip și plumb cadru sau substrat de ambalare, astfel încât să se realizeze scopul de a lipire, de a instala și de a fixa cip. Acest proces de lipire a matriței se mai numește și proces de lipire cu lipici, deoarece adezivul trebuie aplicat în fața mașinii de lipire a matriței.
Adezivii utilizați în mod obișnuit includ materiale semiconductoare, cum ar fi rășina epoxidică și pasta de argint conductivă. Lipirea adezivă este cel mai utilizat proces de lipire a cipurilor semiconductoare, deoarece procesul este relativ simplu, costul este scăzut și pot fi utilizate o varietate de materiale.
2.3 Procesul de legare eutectică
În timpul lipirii eutectice, materialul de lipire eutectic este în general pre-aplicat pe partea inferioară a cipului sau a cadrului de plumb. Echipamentul de lipire eutectică preia așchiul și este ghidat de sistemul de viziune artificială pentru a plasa cu precizie așchiul în poziția de lipire corespunzătoare a cadrului de plumb. Cipul și cadrul de plumb formează o interfață de legătură eutectică între cip și substratul pachetului sub acțiunea combinată a încălzirii și presiunii. Procesul de lipire eutectică este adesea folosit în ambalarea ramelor de plumb și a substratului ceramic.
Materialele de legătură eutectică sunt în general amestecate de două materiale la o anumită temperatură. Materialele utilizate în mod obișnuit includ aurul și staniul, aurul și siliciul etc. Când se utilizează procesul de lipire eutectică, modulul de transmisie a căii în care se află cadrul de plumb va preîncălzi cadrul. Cheia realizării procesului de legare eutectică este aceea că materialul de legătură eutectic se poate topi la o temperatură mult sub punctul de topire al celor două materiale constitutive pentru a forma o legătură. Pentru a preveni oxidarea cadrului în timpul procesului de legare eutectică, procesul de legare eutectică utilizează adesea gaze protectoare, cum ar fi gazul amestecat de hidrogen și azot, pentru a fi introduse în șină pentru a proteja cadrul de plumb.
2. 4 Proces de lipire prin lipire moale
Când lipirea prin lipire moale, înainte de a plasa cipul, poziția de lipire pe cadrul de plumb este cositorită și presată, sau dublu cositorită, iar cadrul de plumb trebuie încălzit în șină. Avantajul procesului de lipire prin lipire moale este o conductivitate termică bună, iar dezavantajul este că este ușor de oxidat și procesul este relativ complicat. Este potrivit pentru ambalarea cadru de plumb al dispozitivelor de alimentare, cum ar fi ambalarea conturului tranzistorului.
2. 5 Procesul de lipire prin sinterizare a argintului
Cel mai promițător proces de lipire pentru actualul cip semiconductor de putere din a treia generație este utilizarea tehnologiei de sinterizare a particulelor metalice, care amestecă polimeri precum rășina epoxidica responsabile de conectarea în lipiciul conductor. Are o conductivitate electrică excelentă, conductivitate termică și caracteristici de serviciu la temperatură înaltă. Este, de asemenea, o tehnologie cheie pentru noi descoperiri în ambalajul semiconductorilor de a treia generație în ultimii ani.
2.6 Procesul de lipire prin termocompresie
În aplicarea de ambalare a circuitelor integrate tridimensionale de înaltă performanță, datorită reducerii continue a pasului de intrare/ieșire a interconectării cipului, a dimensiunii denivelării și a pasului, compania de semiconductori Intel a lansat un proces de lipire prin termocompresie pentru aplicații avansate de lipire cu pas mici, lipirea minuscule. bump chips cu un pas de 40 până la 50 μm sau chiar 10 μm. Procesul de lipire prin termocompresie este potrivit pentru aplicații cip-la-placă și cip-la-substrat. Fiind un proces rapid în mai multe etape, procesul de lipire prin termocompresie se confruntă cu provocări în problemele de control al procesului, cum ar fi temperatura neuniformă și topirea necontrolată a lipirii de volum mic. În timpul lipirii prin termocompresie, temperatura, presiunea, poziția etc. trebuie să îndeplinească cerințe precise de control.
2.7 Procesul de lipire flip chip
Principiul procesului de lipire a cipurilor este prezentat în Figura 2. Mecanismul de răsturnare preia cip-ul din plachetă și îl întoarce la 180° pentru a transfera cip-ul. Duza capului de lipit preia așchiul din mecanismul de răsturnare, iar direcția de lovire a cipul este în jos. După ce duza capului de sudare se deplasează în partea de sus a substratului de ambalare, se mișcă în jos pentru a lipi și fixa așchiul pe substratul de ambalare.
Ambalajul Flip chip este o tehnologie avansată de interconectare a cipurilor și a devenit principala direcție de dezvoltare a tehnologiei avansate de ambalare. Are caracteristicile de înaltă densitate, înaltă performanță, subțire și scurtă și poate îndeplini cerințele de dezvoltare ale produselor electronice de larg consum, cum ar fi smartphone-urile și tabletele. Procesul de lipire flip chip reduce costul ambalajului și poate realiza cipuri stivuite și ambalaje tridimensionale. Este utilizat pe scară largă în domeniile tehnologiei de ambalare, cum ar fi ambalarea integrată 2.5D/3D, ambalarea la nivel de napolitană și ambalarea la nivel de sistem. Procesul de lipire flip chip este cel mai utilizat și cel mai utilizat proces de lipire a matrițelor solide în tehnologia avansată de ambalare.
Ora postării: 18-11-2024