Estudo sobre matriz semicondutoraprocesso de colagem, incluindo processo de colagem adesiva, processo de colagem eutética, processo de colagem por solda macia, processo de colagem por sinterização de prata, processo de colagem por prensagem a quente, processo de colagem flip chip. Os tipos e indicadores técnicos importantes de equipamentos de colagem de matrizes semicondutores são apresentados, o status de desenvolvimento é analisado e a tendência de desenvolvimento é prospectada.
1 Visão geral da indústria e embalagens de semicondutores
A indústria de semicondutores inclui especificamente materiais e equipamentos semicondutores upstream, fabricação de semicondutores midstream e aplicações downstream. a indústria de semicondutores do meu país começou tarde, mas depois de quase dez anos de rápido desenvolvimento, meu país se tornou o maior mercado consumidor de produtos semicondutores do mundo e o maior mercado mundial de equipamentos semicondutores. A indústria de semicondutores tem se desenvolvido rapidamente na forma de uma geração de equipamentos, uma geração de processos e uma geração de produtos. A pesquisa em processos e equipamentos semicondutores é a principal força motriz para o progresso contínuo da indústria e a garantia para a industrialização e produção em massa de produtos semicondutores.
A história do desenvolvimento da tecnologia de embalagem de semicondutores é a história da melhoria contínua do desempenho do chip e da miniaturização contínua dos sistemas. A força motriz interna da tecnologia de embalagens evoluiu do campo dos smartphones de última geração para campos como a computação de alto desempenho e a inteligência artificial. Os quatro estágios do desenvolvimento da tecnologia de embalagem de semicondutores são mostrados na Tabela 1.
À medida que os nós do processo de litografia semicondutora se movem em direção a 10 nm, 7 nm, 5 nm, 3 nm e 2 nm, os custos de pesquisa e desenvolvimento e de produção continuam a aumentar, a taxa de rendimento diminui e a Lei de Moore diminui. Do ponto de vista das tendências de desenvolvimento industrial, actualmente limitadas pelos limites físicos da densidade dos transístores e pelo enorme aumento dos custos de produção, as embalagens estão a desenvolver-se na direcção da miniaturização, alta densidade, alto desempenho, alta velocidade, alta frequência e alta integração. A indústria de semicondutores entrou na era pós-Moore, e os processos avançados não estão mais focados apenas no avanço dos nós de tecnologia de fabricação de wafers, mas gradualmente se voltando para a tecnologia avançada de embalagens. A tecnologia avançada de embalagens pode não apenas melhorar as funções e aumentar o valor do produto, mas também reduzir efetivamente os custos de fabricação, tornando-se um caminho importante para dar continuidade à Lei de Moore. Por um lado, a tecnologia de partículas centrais é usada para dividir sistemas complexos em diversas tecnologias de embalagem que podem ser embaladas em embalagens heterogêneas e heterogêneas. Por outro lado, a tecnologia de sistemas integrados é utilizada para integrar dispositivos de diferentes materiais e estruturas, o que apresenta vantagens funcionais únicas. A integração de múltiplas funções e dispositivos de diferentes materiais é realizada usando tecnologia microeletrônica, e o desenvolvimento de circuitos integrados para sistemas integrados é realizado.
A embalagem de semicondutores é o ponto de partida para a produção de chips e uma ponte entre o mundo interno do chip e o sistema externo. Atualmente, além das empresas tradicionais de embalagem e teste de semicondutores, empresas de semicondutoresbolachafundições, empresas de design de semicondutores e empresas de componentes integrados estão desenvolvendo ativamente embalagens avançadas ou tecnologias de embalagem chave relacionadas.
Os principais processos da tecnologia de embalagem tradicional sãobolachadesbaste, corte, colagem de matrizes, colagem de fios, vedação de plástico, galvanoplastia, corte e moldagem de nervuras, etc. Entre eles, o processo de colagem de matrizes é um dos processos de embalagem mais complexos e críticos, e o equipamento do processo de colagem de matrizes também é um dos o equipamento central mais crítico em embalagens de semicondutores e é um dos equipamentos de embalagem com maior valor de mercado. Embora a tecnologia avançada de embalagem utilize processos front-end, como litografia, gravação, metalização e planarização, o processo de embalagem mais importante ainda é o processo de colagem de matrizes.
2 Processo de ligação de matrizes de semicondutores
2.1 Visão geral
O processo de colagem de matriz também é chamado de carregamento de chip, carregamento de núcleo, colagem de matriz, processo de colagem de chip, etc. O processo de colagem de matriz é mostrado na Figura 1. De modo geral, a colagem de matriz consiste em retirar o chip do wafer usando uma cabeça de soldagem bocal de sucção usando vácuo e coloque-o na área designada da almofada da estrutura de chumbo ou substrato de embalagem sob orientação visual, de modo que o chip e a almofada sejam colados e fixados. A qualidade e a eficiência do processo de colagem de matrizes afetarão diretamente a qualidade e a eficiência da ligação de fios subsequente, portanto, a ligação de matrizes é uma das principais tecnologias no processo de back-end de semicondutores.
Para diferentes processos de embalagem de produtos semicondutores, existem atualmente seis principais tecnologias de processo de colagem de matrizes, nomeadamente ligação adesiva, ligação eutética, ligação por solda suave, ligação por sinterização de prata, ligação por prensagem a quente e ligação flip-chip. Para obter uma boa ligação dos cavacos, é necessário fazer com que os principais elementos do processo de colagem da matriz cooperem entre si, incluindo principalmente materiais de ligação da matriz, temperatura, tempo, pressão e outros elementos.
2. 2 Processo de colagem adesiva
Durante a colagem adesiva, uma certa quantidade de adesivo precisa ser aplicada à estrutura principal ou ao substrato da embalagem antes de colocar o chip e, em seguida, a cabeça de colagem da matriz pega o chip e, por meio de orientação de visão de máquina, o chip é colocado com precisão na colagem posição da estrutura principal ou substrato da embalagem revestida com adesivo, e uma certa força de ligação da matriz é aplicada ao chip através da cabeça da máquina de colagem da matriz, formando uma camada adesiva entre o chip e a estrutura principal ou substrato da embalagem, de modo a alcançar o finalidade de colagem, instalação e fixação do chip. Este processo de colagem de matrizes também é chamado de processo de colagem de cola porque o adesivo precisa ser aplicado na frente da máquina de colagem de matrizes.
Os adesivos comumente usados incluem materiais semicondutores, como resina epóxi e pasta de prata condutora. A ligação adesiva é o processo de ligação de matrizes de chips semicondutores mais amplamente utilizado porque o processo é relativamente simples, o custo é baixo e uma variedade de materiais pode ser usada.
2.3 Processo de ligação eutética
Durante a ligação eutética, o material de ligação eutética é geralmente pré-aplicado na parte inferior do chip ou na estrutura principal. O equipamento de ligação eutética pega o chip e é guiado pelo sistema de visão mecânica para colocar com precisão o chip na posição de ligação correspondente da estrutura principal. O chip e a estrutura principal formam uma interface de ligação eutética entre o chip e o substrato da embalagem sob a ação combinada de aquecimento e pressão. O processo de ligação eutética é frequentemente usado em embalagens de estrutura de chumbo e substrato cerâmico.
Os materiais de ligação eutética são geralmente misturados por dois materiais a uma determinada temperatura. Os materiais comumente usados incluem ouro e estanho, ouro e silício, etc. Ao usar o processo de ligação eutética, o módulo de transmissão da pista onde a estrutura de chumbo está localizada irá pré-aquecer a estrutura. A chave para a realização do processo de ligação eutética é que o material de ligação eutética pode derreter a uma temperatura muito abaixo do ponto de fusão dos dois materiais constituintes para formar uma ligação. A fim de evitar que a estrutura seja oxidada durante o processo de ligação eutética, o processo de ligação eutética também usa frequentemente gases de proteção, como hidrogênio e gás misto de nitrogênio, para serem introduzidos na pista para proteger a estrutura principal.
2. 4 Processo de ligação de solda suave
Ao soldar suavemente, antes de colocar o chip, a posição de ligação na estrutura de chumbo é estanhada e prensada, ou estanhada duplamente, e a estrutura de chumbo precisa ser aquecida na trilha. A vantagem do processo de ligação por solda suave é a boa condutividade térmica, e a desvantagem é que é fácil de oxidar e o processo é relativamente complicado. É adequado para embalagens de dispositivos de potência, como embalagens de contorno de transistores.
2. 5 Processo de ligação por sinterização de prata
O processo de ligação mais promissor para o atual chip semicondutor de potência de terceira geração é o uso da tecnologia de sinterização de partículas metálicas, que mistura polímeros como a resina epóxi responsável pela conexão na cola condutora. Possui excelente condutividade elétrica, condutividade térmica e características de serviço em alta temperatura. É também uma tecnologia chave para novos avanços no empacotamento de semicondutores de terceira geração nos últimos anos.
2.6 Processo de ligação por termocompressão
Na aplicação de empacotamento de circuitos integrados tridimensionais de alto desempenho, devido à redução contínua do passo de entrada/saída de interconexão de chips, tamanho do relevo e passo, a empresa de semicondutores Intel lançou um processo de ligação por termocompressão para aplicações avançadas de ligação de passo pequeno, ligando minúsculos colidir chips com um passo de 40 a 50 μm ou até 10 μm. O processo de ligação por termocompressão é adequado para aplicações de chip para wafer e chip para substrato. Por ser um processo rápido de várias etapas, o processo de ligação por termocompressão enfrenta desafios em questões de controle de processo, como temperatura irregular e fusão incontrolável de solda de pequeno volume. Durante a ligação por termocompressão, temperatura, pressão, posição, etc. devem atender aos requisitos de controle precisos.
2.7 Processo de ligação Flip Chip
O princípio do processo de ligação flip chip é mostrado na Figura 2. O mecanismo flip pega o chip do wafer e o gira 180° para transferi-lo. O bocal da cabeça de solda pega o chip do mecanismo de rotação e a direção do relevo do chip é para baixo. Depois que o bocal da cabeça de soldagem se move para o topo do substrato da embalagem, ele se move para baixo para unir e fixar o chip no substrato da embalagem.
A embalagem flip chip é uma tecnologia avançada de interconexão de chips e se tornou a principal direção de desenvolvimento da tecnologia avançada de embalagens. Possui características de alta densidade, alto desempenho, fino e curto, podendo atender aos requisitos de desenvolvimento de produtos eletrônicos de consumo, como smartphones e tablets. O processo de colagem flip chip reduz o custo da embalagem e pode produzir chips empilhados e embalagens tridimensionais. É amplamente utilizado em campos de tecnologia de embalagens, como embalagens integradas 2,5D/3D, embalagens em nível de wafer e embalagens em nível de sistema. O processo de colagem flip chip é o processo de colagem de matriz sólida mais amplamente utilizado e mais utilizado em tecnologia de embalagem avançada.
Horário da postagem: 18 de novembro de 2024