Študija polprevodniške matricepostopek lepljenja, vključno s postopkom lepljenja z lepilom, postopkom evtektičnega lepljenja, postopkom spajanja z mehkimi spajkami, postopkom spajanja s sintranjem srebra, postopkom lepljenja z vročim stiskanjem, postopkom lepljenja s preklopnimi čipi. Predstavljene so vrste in pomembni tehnični kazalniki opreme za lepljenje polprevodniških die, analizirano je stanje razvoja in predviden trend razvoja.
1 Pregled industrije polprevodnikov in embalaže
Industrija polprevodnikov posebej vključuje polprevodniške materiale in opremo na zgornjem delu toka, proizvodnjo polprevodnikov v srednjem toku in aplikacije na nižji stopnji. polprevodniška industrija v moji državi se je začela pozno, toda po skoraj desetih letih hitrega razvoja je moja država postala največji potrošniški trg polprevodniških izdelkov na svetu in največji trg polprevodniške opreme na svetu. Industrija polprevodnikov se hitro razvija v načinu ene generacije opreme, ene generacije procesa in ene generacije izdelkov. Raziskave o polprevodniških procesih in opremi so ključna gonilna sila za nenehen napredek industrije in jamstvo za industrializacijo in množično proizvodnjo polprevodniških izdelkov.
Zgodovina razvoja tehnologije pakiranja polprevodnikov je zgodovina nenehnega izboljševanja zmogljivosti čipov in nenehne miniaturizacije sistemov. Notranja gonilna sila tehnologije pakiranja se je razvila s področja vrhunskih pametnih telefonov na področja, kot sta visokozmogljivo računalništvo in umetna inteligenca. Štiri stopnje razvoja tehnologije pakiranja polprevodnikov so prikazane v tabeli 1.
Ko se procesna vozlišča polprevodniške litografije premikajo proti 10 nm, 7 nm, 5 nm, 3 nm in 2 nm, stroški raziskav in razvoja ter proizvodnja še naprej naraščajo, stopnja izkoristka se zmanjšuje in Moorov zakon se upočasni. Z vidika industrijskih razvojnih trendov, ki so trenutno omejeni s fizikalnimi mejami gostote tranzistorjev in ogromnim povečanjem proizvodnih stroškov, se embalaža razvija v smeri miniaturizacije, visoke gostote, visoke zmogljivosti, visoke hitrosti, visoke frekvence in visoke integracije. Industrija polprevodnikov je vstopila v obdobje po Mooru in napredni procesi niso več osredotočeni le na napredek vozlišč tehnologije izdelave rezin, ampak se postopoma obračajo k napredni tehnologiji pakiranja. Napredna tehnologija pakiranja lahko ne le izboljša funkcije in poveča vrednost izdelka, ampak tudi učinkovito zmanjša proizvodne stroške, kar postane pomembna pot za nadaljevanje Moorovega zakona. Po eni strani se tehnologija jedrnih delcev uporablja za razdelitev kompleksnih sistemov na več pakirnih tehnologij, ki jih je mogoče pakirati v heterogeno in heterogeno embalažo. Po drugi strani pa se tehnologija integriranega sistema uporablja za integracijo naprav iz različnih materialov in struktur, kar ima edinstvene funkcionalne prednosti. Integracija več funkcij in naprav iz različnih materialov je realizirana z uporabo mikroelektronske tehnologije in realiziran je razvoj od integriranih vezij do integriranih sistemov.
Embalaža polprevodnikov je izhodišče za proizvodnjo čipov in most med notranjim svetom čipa in zunanjim sistemom. Trenutno poleg tradicionalnih podjetij za pakiranje in testiranje polprevodnikov, polprevodnikovoblatlivarne, podjetja za oblikovanje polprevodnikov in podjetja z integriranimi komponentami aktivno razvijajo napredno embalažo ali sorodne ključne tehnologije pakiranja.
Glavni postopki tradicionalne tehnologije pakiranja sooblattanjšanje, rezanje, lepljenje matrice, lepljenje žice, plastično tesnjenje, galvanizacija, rezanje reber in oblikovanje itd. Med njimi je postopek lepljenja matrice eden najbolj zapletenih in kritičnih postopkov pakiranja, oprema za proces lepljenja matrice pa je tudi eden izmed najbolj kritična osnovna oprema v polprevodniški embalaži in je ena od embalažne opreme z najvišjo tržno vrednostjo. Čeprav napredna tehnologija pakiranja uporablja sprednje postopke, kot so litografija, jedkanje, metalizacija in planarizacija, je najpomembnejši postopek pakiranja še vedno postopek lepljenja matrice.
2 Postopek lepljenja polprevodniške matrice
2.1 Pregled
Postopek lepljenja matrice se imenuje tudi nalaganje čipa, nalaganje jedra, lepljenje matrice, postopek lepljenja čipa itd. Postopek lepljenja matrice je prikazan na sliki 1. Na splošno je spajanje matrice pobiranje čipa iz rezine z uporabo varilne glave sesalno šobo z uporabo vakuuma in jo postavite na označeno območje blazinice vodilnega okvirja ali embalažnega substrata pod vidnim vodenje, tako da sta čip in ploščica povezana in pritrjena. Kakovost in učinkovitost postopka lepljenja matrice bo neposredno vplivala na kakovost in učinkovitost poznejšega spajanja žic, zato je lepljenje matrice ena ključnih tehnologij v procesu zaledja polprevodnikov.
Za različne postopke pakiranja polprevodniških izdelkov trenutno obstaja šest glavnih tehnologij za lepljenje z matricami, in sicer lepljenje z lepilom, evtektično lepljenje, lepljenje z mehkimi spajkami, lepljenje s sintranjem srebra, lepljenje z vročim stiskanjem in lepljenje z obrnjenimi čipi. Da bi dosegli dobro lepljenje odrezkov, je treba zagotoviti, da ključni procesni elementi v procesu lepljenja matrice sodelujejo med seboj, predvsem vključno z materiali za lepljenje matrice, temperaturo, časom, tlakom in drugimi elementi.
2. 2 Postopek lepljenja z lepilom
Med lepljenjem z lepilom je treba določeno količino lepila nanesti na vodilni okvir ali substrat embalaže, preden namestite čip, nato pa glava za lepljenje matrice pobere čip in z vodenjem strojnega vida je čip natančno nameščen na vez položaj vodilnega okvirja ali substrata embalaže, prevlečenega z lepilom, in določena sila lepljenja matrice deluje na čip prek stroja za lepljenje matrice glavo, ki tvori lepilno plast med čipom in vodilnim okvirjem ali substratom paketa, da se doseže namen lepljenja, namestitve in pritrditve čipa. Ta postopek lepljenja matric se imenuje tudi postopek lepljenja z lepilom, ker je treba lepilo nanesti pred strojem za lepljenje matric.
Običajno uporabljena lepila vključujejo polprevodniške materiale, kot sta epoksi smola in prevodna srebrna pasta. Lepljenje z lepilom je najpogosteje uporabljen postopek lepljenja polprevodniških čipov, ker je postopek relativno preprost, cena nizka in se lahko uporabijo različni materiali.
2.3 Postopek evtektičnega lepljenja
Med evtektičnim lepljenjem je evtektični vezni material običajno predhodno nanešen na dno čipa ali svinčenega okvirja. Oprema za evtektično lepljenje pobere čip in ga vodi sistem strojnega vida, da natančno postavi čip na ustrezen položaj za lepljenje vodilnega okvirja. Čip in vodilni okvir tvorita evtektični vezni vmesnik med čipom in substratom paketa pod kombiniranim delovanjem segrevanja in pritiska. Postopek evtektičnega lepljenja se pogosto uporablja pri embalaži iz svinčenega okvirja in keramične podlage.
Evtektični vezni materiali se običajno mešajo z dvema materialoma pri določeni temperaturi. Običajno uporabljeni materiali vključujejo zlato in kositer, zlato in silicij itd. Pri uporabi postopka evtektičnega lepljenja bo modul za prenos tirnice, kjer je nameščen vodilni okvir, predgrel okvir. Ključ do uresničitve procesa evtektičnega lepljenja je, da se evtektični vezni material lahko stopi pri temperaturi, ki je daleč pod tališčem obeh sestavnih materialov, da nastane vez. Da bi preprečili oksidacijo okvirja med postopkom evtektičnega lepljenja, postopek evtektičnega lepljenja pogosto uporablja tudi zaščitne pline, kot je mešanica vodika in dušika, ki se vnesejo v tir za zaščito vodilnega okvirja.
2. 4 Postopek lepljenja z mehko spajko
Pri lepljenju z mehkimi spajkami je treba pred namestitvijo čipa vezni položaj na svinčenem okvirju pocinkati in stisniti ali dvakrat pokositriti, svinčeni okvir pa je treba segreti v tiru. Prednost postopka lepljenja z mehkim spajkom je dobra toplotna prevodnost, slabost pa je, da lahko oksidira in je postopek razmeroma zapleten. Primeren je za embalažo vodilnih okvirjev napajalnih naprav, kot je embalaža tranzistorjev.
2. 5 Postopek spajanja s sintranjem srebra
Najbolj obetaven postopek lepljenja za trenutno tretjo generacijo močnostnega polprevodniškega čipa je uporaba tehnologije sintranja kovinskih delcev, ki zmeša polimere, kot je epoksi smola, odgovorna za povezavo, v prevodno lepilo. Ima odlično električno prevodnost, toplotno prevodnost in lastnosti delovanja pri visokih temperaturah. Je tudi ključna tehnologija za nadaljnje preboje v polprevodniški embalaži tretje generacije v zadnjih letih.
2.6 Termokompresijski postopek lepljenja
Pri pakiranju visokozmogljivih tridimenzionalnih integriranih vezij je zaradi nenehnega zmanjševanja vhodno/izhodnega koraka medsebojnih povezav čipov, velikosti izboklin in koraka polprevodniško podjetje Intel uvedlo postopek termokompresijskega lepljenja za napredne aplikacije lepljenja z majhnimi koraki, ki povezujejo majhne bump čipi z razmikom od 40 do 50 μm ali celo 10 μm. Postopek termokompresijskega lepljenja je primeren za aplikacije čip-rezina in čip-podlaga. Kot hiter večstopenjski postopek se postopek termokompresijskega lepljenja sooča z izzivi pri vprašanjih nadzora procesa, kot sta neenakomerna temperatura in nenadzorovano taljenje spajke majhne količine. Med termokompresijskim lepljenjem morajo temperatura, tlak, položaj itd. izpolnjevati natančne zahteve glede nadzora.
2.7 Postopek lepljenja obrnjenih čipov
Načelo postopka lepljenja flip chip je prikazano na sliki 2. Flip mehanizem pobere čip z rezine in ga obrne za 180°, da prenese čip. Šoba spajkalne glave pobere čip iz preklopnega mehanizma, smer udarca čipa pa je navzdol. Ko se šoba varilne glave premakne na vrh embalažnega substrata, se premakne navzdol, da poveže in pritrdi čip na embalažni substrat.
Flip chip embalaža je napredna tehnologija medsebojnega povezovanja čipov in je postala glavna razvojna smer napredne tehnologije pakiranja. Ima značilnosti visoke gostote, visoke zmogljivosti, tanke in kratke ter lahko izpolnjuje razvojne zahteve potrošniških elektronskih izdelkov, kot so pametni telefoni in tablični računalniki. Postopek lepljenja z obrnjenimi čipi zmanjša stroške pakiranja in lahko ustvari zložene čipe in tridimenzionalno embalažo. Široko se uporablja na področjih tehnologije pakiranja, kot je integrirana embalaža 2,5D/3D, embalaža na ravni rezin in embalaža na ravni sistema. Postopek lepljenja flip chip je najpogosteje uporabljen in najpogosteje uporabljen postopek lepljenja trdne matrice v napredni tehnologiji pakiranja.
Čas objave: 18. nov. 2024