Estudo sobre matriz de semicondutoresproceso de unión, incluíndo proceso de unión adhesiva, proceso de unión eutéctica, proceso de unión de soldadura suave, proceso de unión de sinterización de prata, proceso de unión de prensado en quente, proceso de unión de chip flip. Introdúcense os tipos e indicadores técnicos importantes dos equipos de unión de matrices de semicondutores, analízase o estado de desenvolvemento e prospútase a tendencia de desenvolvemento.
1 Visión xeral da industria de semicondutores e de envases
A industria de semicondutores inclúe especificamente materiais e equipos de semicondutores ascendentes, fabricación de semicondutores de corrente media e aplicacións posteriores. a industria de semicondutores do meu país comezou tarde, pero despois de case dez anos de rápido desenvolvemento, o meu país converteuse no mercado de consumo de produtos de semicondutores máis grande do mundo e no mercado de equipos de semicondutores máis grande do mundo. A industria de semicondutores desenvolveuse rapidamente no modo dunha xeración de equipos, unha xeración de procesos e unha xeración de produtos. A investigación sobre procesos e equipos de semicondutores é a principal forza motriz para o progreso continuo da industria e a garantía para a industrialización e produción en masa de produtos semicondutores.
O historial de desenvolvemento da tecnoloxía de envasado de semicondutores é a historia da mellora continua do rendemento do chip e da miniaturización continua dos sistemas. A forza motriz interna da tecnoloxía de envases evolucionou dende o campo dos teléfonos intelixentes de gama alta ata campos como a informática de alto rendemento e a intelixencia artificial. As catro etapas do desenvolvemento da tecnoloxía de envasado de semicondutores móstranse na táboa 1.
A medida que os nodos do proceso de litografía de semicondutores avanzan cara a 10 nm, 7 nm, 5 nm, 3 nm e 2 nm, os custos de I+D e produción seguen aumentando, a taxa de rendemento diminúe e a Lei de Moore diminúe. Desde a perspectiva das tendencias de desenvolvemento industrial, actualmente limitadas polos límites físicos da densidade do transistor e o enorme aumento dos custos de fabricación, os envases están a desenvolverse na dirección da miniaturización, alta densidade, alto rendemento, alta velocidade, alta frecuencia e alta integración. A industria de semicondutores entrou na era posterior a Moore, e os procesos avanzados xa non se centran só no avance dos nodos tecnolóxicos de fabricación de obleas, senón que se van virando gradualmente cara á tecnoloxía de envasado avanzada. A tecnoloxía de embalaxe avanzada non só pode mellorar as funcións e aumentar o valor do produto, senón que tamén pode reducir eficazmente os custos de fabricación, converténdose nun camiño importante para continuar coa Lei de Moore. Por unha banda, a tecnoloxía de partículas do núcleo utilízase para dividir sistemas complexos en varias tecnoloxías de envasado que se poden envasar en envases heteroxéneos e heteroxéneos. Por outra banda, a tecnoloxía do sistema integrado utilízase para integrar dispositivos de diferentes materiais e estruturas, o que ten vantaxes funcionais únicas. A integración de múltiples funcións e dispositivos de diferentes materiais realízase mediante a tecnoloxía microelectrónica e realízase o desenvolvemento de circuítos integrados a sistemas integrados.
O envasado de semicondutores é o punto de partida para a produción de chip e unha ponte entre o mundo interno do chip e o sistema externo. Actualmente, ademais das tradicionais empresas de envases e probas de semicondutores, semicondutoreshostiaas fundicións, as empresas de deseño de semicondutores e as empresas de compoñentes integrados están a desenvolver activamente envases avanzados ou tecnoloxías de envasado clave relacionadas.
Os principais procesos da tecnoloxía de envasado tradicional sonhostiaadelgazamento, corte, unión de matrices, unión de fío, selado de plástico, galvanoplastia, corte e moldura de costelas, etc. Entre eles, o proceso de unión de matrices é un dos procesos de envasado máis complexos e críticos, e o equipo de proceso de unión de matrices tamén é un dos o equipo principal máis crítico en envases de semicondutores e é un dos equipos de envasado con maior valor de mercado. Aínda que a tecnoloxía de envasado avanzada utiliza procesos front-end como litografía, gravado, metalización e planarización, o proceso de envasado máis importante segue sendo o proceso de unión de matrices.
2 Proceso de unión de matrices de semicondutores
2.1 Visión xeral
O proceso de unión de matrices tamén se denomina carga de chip, carga de núcleo, unión de matrices, proceso de unión de chips, etc. O proceso de unión de matrices móstrase na Figura 1. En xeral, a unión de matrices consiste en recoller o chip da oblea usando un cabezal de soldadura. boquilla de aspiración mediante o baleiro e colócaa na zona de almofada designada do cadro de chumbo ou do substrato de embalaxe baixo orientación visual, para que o chip e a almofada queden unidos e fixados. A calidade e a eficiencia do proceso de unión de matrices afectarán directamente a calidade e a eficiencia da unión de fío posterior, polo que a unión de matrices é unha das tecnoloxías fundamentais no proceso de back-end de semicondutores.
Para os diferentes procesos de envasado de produtos semicondutores, existen actualmente seis tecnoloxías principais do proceso de unión de matrices, a saber, unión adhesiva, unión eutéctica, unión por soldadura suave, unión por sinterización de prata, unión por prensado en quente e unión por flip-chip. Para conseguir unha boa unión de chips, é necesario facer que os elementos clave do proceso no proceso de unión de matrices cooperen entre si, incluíndo principalmente materiais de unión de matrices, temperatura, tempo, presión e outros elementos.
2. 2 Proceso de unión adhesiva
Durante a unión adhesiva, hai que aplicar unha certa cantidade de adhesivo ao cadro de chumbo ou ao substrato do paquete antes de colocar o chip, e despois o cabezal de unión da matriz recolle o chip e, a través da guía de visión artificial, o chip colócase con precisión na unión. posición do cadro de chumbo ou do substrato do paquete revestido de adhesivo, e aplícase unha certa forza de unión da matriz ao chip a través da cabeza da máquina de unión da matriz, formando unha capa adhesiva entre o chip e o chumbo. marco ou substrato do paquete, para acadar o propósito de unir, instalar e fixar o chip. Este proceso de unión de matrices tamén se denomina proceso de unión de pegamento porque o adhesivo debe aplicarse diante da máquina de unión de matrices.
Os adhesivos de uso común inclúen materiais semicondutores como resina epoxi e pasta de prata condutora. A unión adhesiva é o proceso de unión de chips de semicondutores máis utilizado porque o proceso é relativamente sinxelo, o custo é baixo e pódese utilizar unha variedade de materiais.
2.3 Proceso de unión eutéctica
Durante a unión eutéctica, o material de unión eutéctica xeralmente aplícase previamente na parte inferior do chip ou no marco de chumbo. O equipo de unión eutéctica recolle o chip e é guiado polo sistema de visión artificial para colocar o chip con precisión na posición de unión correspondente do marco de chumbo. O chip e o cadro de chumbo forman unha interface de unión eutéctica entre o chip e o substrato do paquete baixo a acción combinada do quecemento e da presión. O proceso de unión eutéctica úsase a miúdo en envases de marcos de chumbo e substratos cerámicos.
Os materiais de unión eutéctica son xeralmente mesturados por dous materiais a unha determinada temperatura. Os materiais que se usan habitualmente inclúen ouro e estaño, ouro e silicio, etc. Cando se utiliza o proceso de unión eutéctica, o módulo de transmisión da vía onde se atopa o cadro de chumbo prequentará o cadro. A clave para a realización do proceso de unión eutéctica é que o material de enlace eutéctico pode fundirse a unha temperatura moi inferior ao punto de fusión dos dous materiais constituíntes para formar un enlace. Para evitar que o cadro se oxide durante o proceso de unión eutéctica, o proceso de unión eutéctica tamén usa moitas veces gases protectores como o hidróxeno e o gas mesturado de nitróxeno que se introducen na pista para protexer o marco de chumbo.
2. 4 Proceso de unión de soldadura branda
Cando se unen soldaduras brandas, antes de colocar o chip, a posición de unión no cadro de chumbo é estañado e prensado, ou dobre estañado, e o cadro de chumbo debe quentarse na pista. A vantaxe do proceso de unión de soldadura suave é unha boa condutividade térmica, e a desvantaxe é que é fácil de oxidar e o proceso é relativamente complicado. É adecuado para embalaxe de marcos de chumbo de dispositivos de potencia, como embalaxe de contorno de transistores.
2. 5 Proceso de unión por sinterización da prata
O proceso de unión máis prometedor para o chip de semicondutores de potencia de terceira xeración actual é o uso da tecnoloxía de sinterización de partículas metálicas, que mestura polímeros como a resina epoxi responsable da conexión na cola condutora. Ten unha excelente condutividade eléctrica, condutividade térmica e características de servizo a alta temperatura. Tamén é unha tecnoloxía clave para novos avances nos últimos anos nos envases de semicondutores de terceira xeración.
2.6 Proceso de unión por termocompresión
Na aplicación de embalaxe de circuítos integrados tridimensionais de alto rendemento, debido á redución continua do paso de entrada/saída da interconexión de chips, o tamaño e o paso de protuberancia, a empresa de semicondutores Intel lanzou un proceso de unión por termocompresión para aplicacións avanzadas de unión de paso pequeno, unión de pequenas dimensións. chips de golpe cun paso de 40 a 50 μm ou incluso 10 μm. O proceso de unión por termocompresión é axeitado para aplicacións chip-to-wafer e chip-to-substrato. Como proceso rápido de varios pasos, o proceso de unión por termocompresión enfróntase a desafíos en problemas de control do proceso, como a temperatura desigual e a fusión incontrolable de soldadura de pequeno volume. Durante a unión por termocompresión, a temperatura, a presión, a posición, etc. deben cumprir requisitos de control precisos.
2.7 Proceso de unión de chip flip
O principio do proceso de unión de chip flip móstrase na Figura 2. O mecanismo de flip colle o chip da oblea e vírao 180° para transferir o chip. A boquilla do cabezal de soldadura recolle o chip do mecanismo de volteo e a dirección de golpe do chip é cara abaixo. Despois de que a boquilla do cabezal de soldadura se move cara á parte superior do substrato de envasado, móvese cara abaixo para unir e fixar o chip no substrato de embalaxe.
O envasado de chip Flip é unha tecnoloxía avanzada de interconexión de chips e converteuse na principal dirección de desenvolvemento da tecnoloxía de envasado avanzada. Ten as características de alta densidade, alto rendemento, fino e curto, e pode satisfacer os requisitos de desenvolvemento de produtos electrónicos de consumo, como teléfonos intelixentes e tabletas. O proceso de unión de chip flip fai que o custo de envasado sexa máis baixo e pode realizar fichas apiladas e envases tridimensionais. É amplamente utilizado en campos da tecnoloxía de envasado, como envases integrados 2.5D/3D, envases a nivel de obleas e envases a nivel de sistema. O proceso de unión de chip flip é o proceso de unión de matrices sólidas máis utilizado e máis utilizado na tecnoloxía de envasado avanzada.
Hora de publicación: 18-novembro-2024