Studie på halvledarmatrisbindningsprocess, inklusive limbindningsprocess, eutektisk bindningsprocess, mjuklödningsprocess, silversintringsbindningsprocess, varmpressningsbindningsprocess, flip chip-bindningsprocess. Typerna och viktiga tekniska indikatorer för halvledarformbindningsutrustning introduceras, utvecklingsstatus analyseras och utvecklingstrenden prospekteras.
1 Översikt över halvledarindustrin och förpackningar
Halvledarindustrin inkluderar specifikt uppströms halvledarmaterial och utrustning, halvledartillverkning i mellanled och nedströmsapplikationer. mitt lands halvledarindustri började sent, men efter nästan tio år av snabb utveckling har mitt land blivit världens största konsumentmarknad för halvledarprodukter och världens största marknad för halvledarutrustning. Halvledarindustrin har utvecklats snabbt i form av en generation av utrustning, en generation av processer och en generation av produkter. Forskningen om halvledarprocesser och utrustning är den centrala drivkraften för industrins kontinuerliga framsteg och garantin för industrialisering och massproduktion av halvledarprodukter.
Utvecklingshistorien för halvledarförpackningsteknik är historien om kontinuerlig förbättring av chipprestanda och kontinuerlig miniatyrisering av system. Den interna drivkraften för förpackningsteknik har utvecklats från området för avancerade smartphones till områden som högpresterande datorer och artificiell intelligens. De fyra stegen i utvecklingen av halvledarförpackningsteknik visas i tabell 1.
När processnoderna för halvledarlitografi rör sig mot 10 nm, 7 nm, 5 nm, 3 nm och 2 nm fortsätter FoU- och produktionskostnaderna att stiga, utbytet minskar och Moores lag saktar ner. Ur perspektivet av industriella utvecklingstrender, för närvarande begränsade av de fysiska gränserna för transistordensitet och den enorma ökningen av tillverkningskostnader, utvecklas förpackningar i riktning mot miniatyrisering, hög densitet, hög prestanda, hög hastighet, hög frekvens och hög integration. Halvledarindustrin har gått in i post-Moore-eran, och avancerade processer är inte längre bara fokuserade på utvecklingen av tekniknoder för wafertillverkning, utan vänder sig gradvis till avancerad förpackningsteknik. Avancerad förpackningsteknik kan inte bara förbättra funktioner och öka produktvärdet, utan också effektivt minska tillverkningskostnaderna, vilket blir en viktig väg för att fortsätta Moores lag. Å ena sidan används kärnpartikelteknologin för att dela upp komplexa system i flera förpackningsteknologier som kan förpackas i heterogena och heterogena förpackningar. Å andra sidan används den integrerade systemtekniken för att integrera enheter av olika material och strukturer, vilket har unika funktionella fördelar. Integreringen av flera funktioner och enheter av olika material realiseras med hjälp av mikroelektronikteknik, och utvecklingen från integrerade kretsar till integrerade system realiseras.
Halvledarförpackningar är utgångspunkten för chipproduktion och en brygga mellan chipets interna värld och det externa systemet. För närvarande, utöver de traditionella halvledare förpackning och testning företag, halvledarerångjuterier, halvledardesignföretag och integrerade komponentföretag utvecklar aktivt avancerad förpackning eller relaterade nyckelförpackningsteknologier.
Huvudprocesserna för traditionell förpackningsteknik ärrånförtunning, skärning, formbindning, trådbindning, plastförsegling, elektroplätering, skärning och gjutning av ribbor, etc. Bland dem är formbindningsprocessen en av de mest komplexa och kritiska förpackningsprocesserna, och formbindningsprocessutrustningen är också en av den mest kritiska kärnutrustningen inom halvledarförpackningar, och är en av de förpackningsutrustningar med högst marknadsvärde. Även om avancerad förpackningsteknik använder front-end-processer som litografi, etsning, metallisering och planarisering, är den viktigaste förpackningsprocessen fortfarande formbindningsprocessen.
2 Halvledarmatrisbindningsprocess
2.1 Översikt
Formbindningsprocessen kallas också för spånladdning, kärnladdning, formbindning, spånbindning, etc. Formbindningsprocessen visas i figur 1. Generellt sett är formbindning att plocka upp spånet från skivan med hjälp av ett svetshuvud sugmunstycke med vakuum och placera det på det avsedda dynområdet på blyramen eller förpackningssubstratet under visuell vägledning, så att chipet och dynan är sammanfogade och fixerade. Kvaliteten och effektiviteten i formbindningsprocessen kommer direkt att påverka kvaliteten och effektiviteten för efterföljande trådbindning, så formbindning är en av nyckelteknologierna i halvledarbackend-processen.
För olika förpackningsprocesser för halvledarprodukter finns det för närvarande sex huvudsakliga formbindningstekniker, nämligen limning, eutektisk bindning, mjuklödningsbindning, silversintringsbindning, varmpressningsbindning och flip-chip-bindning. För att uppnå god spånbindning är det nödvändigt att få nyckelprocesselementen i formbindningsprocessen att samarbeta med varandra, huvudsakligen inklusive formbindningsmaterial, temperatur, tid, tryck och andra element.
2. 2 Limbindningsprocess
Under limning måste en viss mängd lim appliceras på ledningsramen eller förpackningssubstratet innan chipet placeras, och sedan plockar munstyckshuvudet upp chipet, och genom maskinseende vägledning placeras chipet exakt på limningen positionen för blyramen eller förpackningssubstratet belagt med lim, och en viss formbindningskraft appliceras på chipet genom formbindningsmaskinhuvudet, vilket bildar en limskikt mellan chipet och ledningsramen eller förpackningssubstratet, för att uppnå syftet att limma, installera och fixera chipet. Denna formbindningsprocess kallas också limbindningsprocess eftersom lim måste appliceras framför formbindningsmaskinen.
Vanligt använda lim inkluderar halvledarmaterial som epoxiharts och ledande silverpasta. Limbindning är den mest använda halvledarchipsformbindningsprocessen eftersom processen är relativt enkel, kostnaden är låg och en mängd olika material kan användas.
2.3 Eutektisk bindningsprocess
Under eutektisk bindning är eutektiskt bindningsmaterial vanligtvis föranbringat på botten av chipet eller ledarramen. Den eutektiska bindningsutrustningen plockar upp chipet och styrs av maskinens visionsystem för att exakt placera chipet vid motsvarande bindningsposition för ledningsramen. Chipet och ledningsramen bildar ett eutektiskt bindningsgränssnitt mellan chipet och förpackningssubstratet under den kombinerade verkan av uppvärmning och tryck. Den eutektiska bindningsprocessen används ofta i blyram och keramiska substratförpackningar.
Eutektiska bindningsmaterial blandas vanligtvis av två material vid en viss temperatur. Vanligt använda material inkluderar guld och tenn, guld och kisel, etc. När man använder den eutektiska bindningsprocessen kommer spåröverföringsmodulen där blyramen är placerad att förvärma ramen. Nyckeln till förverkligandet av den eutektiska bindningsprocessen är att det eutektiska bindningsmaterialet kan smälta vid en temperatur långt under smältpunkten för de två ingående materialen för att bilda en bindning. För att förhindra att ramen oxideras under den eutektiska bindningsprocessen använder den eutektiska bindningsprocessen också ofta skyddsgaser såsom väte- och kväveblandad gas som matas in i spåret för att skydda blyramen.
2. 4 Mjuklödningsprocess
Vid mjuklödning, innan chipet placeras, förtennas och pressas bindningspositionen på ledningsramen, eller dubbelförtennad, och ledningsramen måste värmas upp i spåret. Fördelen med mjuklödningsprocessen är god värmeledningsförmåga, och nackdelen är att den är lätt att oxidera och processen är relativt komplicerad. Den är lämplig för blyramsförpackning av kraftenheter, såsom transistorkonturförpackningar.
2. 5 Silversintringsbindningsprocess
Den mest lovande bindningsprocessen för det nuvarande tredje generationens krafthalvledarchip är användningen av metallpartikelsintringsteknik, som blandar polymerer som epoxiharts som ansvarar för anslutningen i det ledande limmet. Den har utmärkt elektrisk ledningsförmåga, värmeledningsförmåga och serviceegenskaper vid hög temperatur. Det är också en nyckelteknologi för ytterligare genombrott inom tredje generationens halvledarförpackningar de senaste åren.
2.6 Termokompressionsbindningsprocess
I paketeringstillämpningen av högpresterande tredimensionella integrerade kretsar, på grund av den kontinuerliga minskningen av chipinterconnect input/output tonhöjd, bumpstorlek och tonhöjd, har halvledarföretaget Intel lanserat en termokompressionsbindningsprocess för avancerade applikationer för bondning med små tonhöjder, bonding liten bump chips med en stigning på 40 till 50 μm eller till och med 10 μm. Termokompressionsbindningsprocessen är lämplig för chip-till-wafer och chip-to-substrat-applikationer. Som en snabb flerstegsprocess står termokompressionsbindningsprocessen inför utmaningar i processkontrollfrågor, såsom ojämn temperatur och okontrollerbar smältning av små volymer lod. Vid termokompressionsbindning måste temperatur, tryck, position etc. uppfylla exakta reglerkrav.
2.7 Flip chip bonding process
Principen för flip chip-bindningsprocessen visas i figur 2. Flip-mekanismen plockar upp chipet från wafern och vänder det 180° för att överföra chipet. Lödhuvudets munstycke plockar upp chipet från flipmekanismen och chipets bumpriktning är nedåt. Efter att svetshuvudets munstycke flyttas till toppen av förpackningssubstratet, rör det sig nedåt för att binda och fixera chipet på förpackningssubstratet.
Flip chip-förpackningar är en avancerad teknik för sammankoppling av chip och har blivit den huvudsakliga utvecklingsriktningen för avancerad förpackningsteknik. Den har egenskaperna hög densitet, hög prestanda, tunn och kort, och kan uppfylla utvecklingskraven för konsumentelektronikprodukter som smartphones och surfplattor. Flip chip-bindningsprocessen gör förpackningskostnaden lägre och kan realisera staplade chips och tredimensionell förpackning. Det används i stor utsträckning inom förpackningsteknikområden som 2,5D/3D integrerad förpackning, förpackning på wafer-nivå och förpackning på systemnivå. Flip chip-bindningsprocessen är den mest använda och mest använda solida formbindningsprocessen i avancerad förpackningsteknik.
Posttid: 2024-nov-18