Estudi sobre matriu de semiconductorsprocés d'unió, inclòs el procés d'unió adhesiva, el procés d'unió eutèctica, el procés d'unió de soldadura suau, el procés d'unió de sinterització de plata, el procés d'unió de premsat en calent, el procés d'unió de xip de volta. S'introdueixen els tipus i indicadors tècnics importants dels equips d'unió de matrius de semiconductors, s'analitza l'estat de desenvolupament i es prospecta la tendència de desenvolupament.
1 Visió general de la indústria dels semiconductors i l'embalatge
La indústria dels semiconductors inclou específicament materials i equips de semiconductors, la fabricació de semiconductors de corrent mitjà i aplicacions aigües avall. La indústria de semiconductors del meu país va començar tard, però després de gairebé deu anys de ràpid desenvolupament, el meu país s'ha convertit en el mercat de consum de productes semiconductors més gran del món i el mercat d'equips de semiconductors més gran del món. La indústria dels semiconductors s'ha desenvolupat ràpidament en la manera d'una generació d'equips, una generació de processos i una generació de productes. La investigació sobre processos i equips de semiconductors és la força motriu principal per al progrés continu de la indústria i la garantia per a la industrialització i la producció en massa de productes semiconductors.
La història de desenvolupament de la tecnologia d'embalatge de semiconductors és la història de la millora contínua del rendiment dels xips i la miniaturització contínua dels sistemes. La força impulsora interna de la tecnologia d'embalatge ha evolucionat des del camp dels telèfons intel·ligents de gamma alta fins a camps com la informàtica d'alt rendiment i la intel·ligència artificial. Les quatre etapes del desenvolupament de la tecnologia d'embalatge de semiconductors es mostren a la taula 1.
A mesura que els nodes del procés de litografia de semiconductors es mouen cap a 10 nm, 7 nm, 5 nm, 3 nm i 2 nm, els costos d'R+D i de producció continuen augmentant, la taxa de rendiment disminueix i la Llei de Moore s'alenteix. Des de la perspectiva de les tendències de desenvolupament industrial, actualment limitades pels límits físics de la densitat del transistor i l'enorme augment dels costos de fabricació, l'embalatge es desenvolupa en la direcció de la miniaturització, alta densitat, alt rendiment, alta velocitat, alta freqüència i alta integració. La indústria dels semiconductors ha entrat a l'era post-Moore i els processos avançats ja no es centren només en l'avenç dels nodes tecnològics de fabricació d'hòsties, sinó que s'orienten gradualment cap a la tecnologia d'envasament avançada. La tecnologia d'embalatge avançada no només pot millorar les funcions i augmentar el valor del producte, sinó que també pot reduir eficaçment els costos de fabricació, convertint-se en un camí important per continuar la Llei de Moore. D'una banda, la tecnologia de partícules bàsiques s'utilitza per dividir sistemes complexos en diverses tecnologies d'envasament que es poden empaquetar en envasos heterogenis i heterogenis. D'altra banda, la tecnologia del sistema integrat s'utilitza per integrar dispositius de diferents materials i estructures, la qual cosa té avantatges funcionals únics. La integració de múltiples funcions i dispositius de diferents materials es realitza mitjançant la tecnologia de microelectrònica i es realitza el desenvolupament de circuits integrats a sistemes integrats.
L'embalatge de semiconductors és el punt de partida per a la producció de xip i un pont entre el món intern del xip i el sistema extern. En l'actualitat, a més de les empreses tradicionals d'embalatge i proves de semiconductors, semiconductorshòstiales fundicions, les empreses de disseny de semiconductors i les empreses de components integrats estan desenvolupant activament embalatges avançats o tecnologies d'envasament clau relacionades.
Els principals processos de la tecnologia d'embalatge tradicional sónhòstiaaprimament, tall, unió de matrius, unió de filferro, segellat de plàstic, galvanoplastia, tall de costelles i modelat, etc. Entre ells, el procés d'unió de matrius és un dels processos d'envasament més complexos i crítics, i l'equip de procés d'unió de matrius també és un dels l'equip bàsic més crític en l'embalatge de semiconductors i és un dels equips d'embalatge amb el valor de mercat més alt. Tot i que la tecnologia d'envasament avançada utilitza processos de front-end com la litografia, el gravat, la metal·lització i la planarització, el procés d'embalatge més important segueix sent el procés d'unió de matrius.
2 Procés d'unió de matrius de semiconductors
2.1 Visió general
El procés d'unió de matriu també s'anomena càrrega de matriu, càrrega de nucli, unió de matriu, procés d'unió de matriu, etc. El procés d'unió de matriu es mostra a la figura 1. En termes generals, l'enllaç de matriu consisteix a recollir l'encenall de l'hòstia utilitzant un capçal de soldadura. broquet d'aspiració mitjançant el buit i col·loqueu-lo a la zona de coixinet designada del marc de plom o del substrat d'embalatge sota una guia visual, de manera que el xip i el coixinet estiguin units i fixats. La qualitat i l'eficiència del procés d'unió de matriu afectaran directament la qualitat i l'eficiència de l'enllaç posterior de filferro, de manera que l'enllaç de matriu és una de les tecnologies clau en el procés de fons de semiconductors.
Per a diferents processos d'embalatge de productes semiconductors, actualment hi ha sis tecnologies principals de procés d'unió de matrius, és a dir, unió adhesiva, unió eutèctica, unió de soldadura suau, unió de sinterització de plata, unió de premsat en calent i unió de xip. Per aconseguir una bona unió de xips, és necessari fer que els elements clau del procés en el procés d'unió de matriu cooperin entre ells, incloent principalment materials d'unió de matriu, temperatura, temps, pressió i altres elements.
2. 2 Procés d'unió adhesiva
Durant la unió adhesiva, s'ha d'aplicar una certa quantitat d'adhesiu al marc de plom o al substrat del paquet abans de col·locar el xip i, a continuació, el capçal d'unió de la matriu agafa el xip i, mitjançant la guia de visió artificial, el xip es col·loca amb precisió a l'enllaç. posició del marc de plom o del substrat del paquet recobert amb adhesiu, i s'aplica una certa força d'unió de la matriu al xip a través del capçal de la màquina d'unió de matriu, formant una capa adhesiva entre el xip i el plom. marc o substrat del paquet, per aconseguir el propòsit d'unir, instal·lar i fixar el xip. Aquest procés d'unió de matriu també s'anomena procés d'unió de cola perquè l'adhesiu s'ha d'aplicar davant de la màquina d'unió de matriu.
Els adhesius d'ús habitual inclouen materials semiconductors com la resina epoxi i la pasta de plata conductora. La unió adhesiva és el procés d'unió de matrius de xips de semiconductors més utilitzat perquè el procés és relativament senzill, el cost és baix i es poden utilitzar diversos materials.
2.3 Procés d'enllaç eutèctic
Durant l'enllaç eutèctic, el material d'enllaç eutèctic generalment s'aplica prèviament a la part inferior del xip o al marc de plom. L'equip d'unió eutèctica recull el xip i és guiat pel sistema de visió artificial per col·locar el xip amb precisió a la posició d'enllaç corresponent del marc de plom. El xip i el marc de plom formen una interfície d'unió eutèctica entre el xip i el substrat del paquet sota l'acció combinada de la calefacció i la pressió. El procés d'unió eutèctica s'utilitza sovint en els envasos de marcs de plom i substrats ceràmics.
Els materials d'enllaç eutèctic es barregen generalment amb dos materials a una temperatura determinada. Els materials que s'utilitzen habitualment inclouen or i estany, or i silici, etc. Quan s'utilitza el procés d'enllaç eutèctic, el mòdul de transmissió de via on es troba el marc de plom preescalfarà el marc. La clau per a la realització del procés d'enllaç eutèctic és que el material d'enllaç eutèctic es pot fondre a una temperatura molt per sota del punt de fusió dels dos materials constituents per formar un enllaç. Per tal d'evitar que el marc s'oxidi durant el procés d'enllaç eutèctic, el procés d'enllaç eutèctic també sovint utilitza gasos protectors, com ara gasos barrejats d'hidrogen i nitrogen, que s'introdueixen a la pista per protegir el marc de plom.
2. 4 Procés d'unió de soldadura suau
Quan s'uneix la soldadura suau, abans de col·locar el xip, la posició d'unió al marc de plom s'estanya i es premsa, o s'estanya doble, i el marc de plom s'ha d'escalfar a la pista. L'avantatge del procés d'unió de soldadura suau és una bona conductivitat tèrmica, i el desavantatge és que és fàcil d'oxidar i el procés és relativament complicat. És adequat per a l'embalatge de marcs de plom de dispositius d'alimentació, com ara l'embalatge de contorn de transistors.
2. 5 Procés d'unió per sinterització de plata
El procés d'unió més prometedor per a l'actual xip semiconductor de potència de tercera generació és l'ús de la tecnologia de sinterització de partícules metàl·liques, que barreja polímers com la resina epoxi responsable de la connexió a la cola conductora. Té una excel·lent conductivitat elèctrica, conductivitat tèrmica i característiques de servei d'alta temperatura. També és una tecnologia clau per a nous avenços en els envasos de semiconductors de tercera generació en els últims anys.
2.6 Procés d'enllaç per termocompressió
En l'aplicació d'embalatge de circuits integrats tridimensionals d'alt rendiment, a causa de la reducció contínua del pas d'entrada/sortida d'interconnexió de xips, la mida de l'impacte i el pas, l'empresa de semiconductors Intel ha llançat un procés d'enllaç per termocompressió per a aplicacions avançades d'enllaç de pas petit, unint minúscules xips de cops amb un pas de 40 a 50 μm o fins i tot 10 μm. El procés d'unió per termocompressió és adequat per a aplicacions xip a hòstia i xip a substrat. Com a procés ràpid de diversos passos, el procés d'unió per termocompressió s'enfronta a reptes en problemes de control del procés, com ara la temperatura desigual i la fusió incontrolable de soldadura de petit volum. Durant l'enllaç per termocompressió, la temperatura, la pressió, la posició, etc. han de complir els requisits de control precisos.
2.7 Procés d'unió de xip Flip
A la figura 2 es mostra el principi del procés d'unió del xip de volta. El mecanisme de voltatge recull el xip de l'hòstia i el gira 180° per transferir el xip. El broquet del capçal de soldadura recull el xip del mecanisme de volteig i la direcció del cop del xip és cap avall. Després que el broquet del capçal de soldadura es mogui a la part superior del substrat d'embalatge, es mou cap avall per unir-se i fixar el xip al substrat d'embalatge.
L'embalatge de xip Flip és una tecnologia avançada d'interconnexió de xips i s'ha convertit en la principal direcció de desenvolupament de la tecnologia d'embalatge avançada. Té les característiques d'alta densitat, alt rendiment, prim i curt, i pot satisfer els requisits de desenvolupament de productes electrònics de consum com ara telèfons intel·ligents i tauletes. El procés d'unió de xips flip fa que el cost d'embalatge sigui més baix i es pot realitzar fitxes apilades i envasos tridimensionals. S'utilitza àmpliament en camps de tecnologia d'embalatge, com ara envasos integrats 2.5D/3D, embalatges a nivell d'hòsties i embalatges a nivell de sistema. El procés d'unió de xip giratòria és el procés d'unió de matriu sòlid més utilitzat i més utilitzat en la tecnologia d'envasament avançada.
Hora de publicació: 18-nov-2024