Undersøgelse af halvledermatricebindingsproces, herunder klæbende bindingsproces, eutektisk bindingsproces, blød loddebindingsproces, sølvsintringsbindingsproces, varmpressende bindingsproces, flip-chip-bindingsproces. Typerne og vigtige tekniske indikatorer for halvledermatricebindingsudstyr introduceres, udviklingsstatus analyseres, og udviklingstendensen forudses.
1 Oversigt over halvlederindustri og emballage
Halvlederindustrien omfatter specifikt upstream-halvledermaterialer og -udstyr, midstream-halvlederfremstilling og downstream-applikationer. mit lands halvlederindustri startede sent, men efter næsten ti år med hurtig udvikling er mit land blevet verdens største forbrugermarked for halvlederprodukter og verdens største marked for halvlederudstyr. Halvlederindustrien har udviklet sig hurtigt i form af en generation af udstyr, en generation af processer og en generation af produkter. Forskningen i halvlederprocesser og -udstyr er den centrale drivkraft for industriens fortsatte fremskridt og garantien for industrialisering og masseproduktion af halvlederprodukter.
Udviklingshistorien for halvlederemballageteknologi er historien om kontinuerlig forbedring af chip-ydeevne og kontinuerlig miniaturisering af systemer. Emballeringsteknologiens interne drivkraft har udviklet sig fra området for avancerede smartphones til områder som højtydende computere og kunstig intelligens. De fire stadier af udviklingen af halvlederemballeringsteknologi er vist i tabel 1.
Efterhånden som halvlederlitografiprocesknuderne bevæger sig mod 10 nm, 7 nm, 5 nm, 3 nm og 2 nm, fortsætter F&U- og produktionsomkostningerne med at stige, udbyttehastigheden falder, og Moores lov bremses. Fra perspektivet af industrielle udviklingstendenser, der i øjeblikket er begrænset af de fysiske grænser for transistortæthed og den enorme stigning i fremstillingsomkostninger, udvikler emballage sig i retning af miniaturisering, høj tæthed, høj ydeevne, høj hastighed, høj frekvens og høj integration. Halvlederindustrien er gået ind i post-Moore-æraen, og avancerede processer er ikke længere kun fokuseret på fremskridt i wafer-fremstillingsteknologiknudepunkter, men vendes gradvist mod avanceret emballageteknologi. Avanceret emballageteknologi kan ikke kun forbedre funktioner og øge produktværdien, men også effektivt reducere produktionsomkostningerne, hvilket bliver en vigtig vej til at fortsætte Moores lov. På den ene side bruges kernepartikelteknologien til at opdele komplekse systemer i flere emballageteknologier, der kan pakkes i heterogen og heterogen emballage. På den anden side bruges den integrerede systemteknologi til at integrere enheder af forskellige materialer og strukturer, hvilket har unikke funktionelle fordele. Integrationen af flere funktioner og enheder af forskellige materialer realiseres ved at bruge mikroelektronikteknologi, og udviklingen fra integrerede kredsløb til integrerede systemer realiseres.
Halvlederemballage er udgangspunktet for chipproduktion og en bro mellem chippens indre verden og det eksterne system. På nuværende tidspunkt, ud over den traditionelle halvleder emballage og test virksomheder, halvledereoblatstøberier, halvlederdesignvirksomheder og integrerede komponentvirksomheder udvikler aktivt avanceret emballage eller relaterede nøgleemballeringsteknologier.
De vigtigste processer i traditionel emballageteknologi eroblatudtynding, skæring, formbinding, trådbinding, plastforsegling, galvanisering, ribbeskæring og støbning osv. Blandt dem er matricebindingsprocessen en af de mest komplekse og kritiske pakkeprocesser, og matricelimningsprocesudstyret er også en af det mest kritiske kerneudstyr inden for halvlederemballage, og er et af emballageudstyret med den højeste markedsværdi. Selvom avanceret emballeringsteknologi bruger front-end processer såsom litografi, ætsning, metallisering og planarisering, er den vigtigste emballeringsproces stadig matricebindingsprocessen.
2 Semiconductor matrice bonding proces
2.1 Oversigt
Matricebindingsprocessen kaldes også spånladning, kernebelastning, matricebinding, spånbindingsproces osv. Matricebindingsprocessen er vist i figur 1. Generelt er matricebinding at opsamle spånen fra waferen ved hjælp af et svejsehoved sugemundstykke ved hjælp af vakuum, og placer det på det udpegede pudeområde på blyrammen eller emballagesubstratet under visuel vejledning, så chippen og puden er bundet og fikseret. Kvaliteten og effektiviteten af matricebindingsprocessen vil direkte påvirke kvaliteten og effektiviteten af den efterfølgende wire bonding, så matrice bonding er en af nøgleteknologierne i halvleder back-end processen.
Til forskellige halvlederproduktemballeringsprocesser er der i øjeblikket seks hovedteknologier til støbebindingsprocesser, nemlig klæbende binding, eutektisk binding, blød loddebinding, sølvsintringsbinding, varmpressende binding og flip-chip binding. For at opnå en god spånbinding er det nødvendigt at få nøgleproceselementerne i matricebindingsprocessen til at samarbejde med hinanden, hovedsageligt inklusive matricebindingsmaterialer, temperatur, tid, tryk og andre elementer.
2. 2 Klæbningsproces
Under klæbende limning skal en vis mængde klæbemiddel påføres ledningsrammen eller pakkesubstratet, før chippen placeres, og derefter samler matricelimningshovedet chippen op, og gennem maskinsynsvejledning placeres chippen nøjagtigt på limningen placeringen af blyrammen eller pakkesubstratet belagt med klæbemiddel, og en vis formbindingskraft påføres chippen gennem matricelimningsmaskinens hoved, hvilket danner en klæbende lag mellem chippen og blyrammen eller pakkesubstratet for at opnå formålet med at lime, installere og fastgøre chippen. Denne støbebindingsproces kaldes også limbindingsproces, fordi klæbemiddel skal påføres foran støbebindingsmaskinen.
Almindeligt anvendte klæbemidler omfatter halvledermaterialer såsom epoxyharpiks og ledende sølvpasta. Klæbende limning er den mest udbredte halvlederchip-formbindingsproces, fordi processen er relativt enkel, omkostningerne er lave, og en række materialer kan bruges.
2.3 Eutektisk bindingsproces
Under eutektisk binding er eutektisk bindingsmateriale generelt påført på bunden af chippen eller ledningsrammen. Det eutektiske bindingsudstyr opfanger chippen og styres af maskinens vision-system for nøjagtigt at placere chippen i den tilsvarende bindingsposition af ledningsrammen. Chippen og ledningsrammen danner en eutektisk bindingsgrænseflade mellem chippen og pakkesubstratet under den kombinerede virkning af opvarmning og tryk. Den eutektiske bindingsproces bruges ofte i blyramme og keramisk substratemballage.
Eutektiske bindematerialer blandes generelt af to materialer ved en bestemt temperatur. Almindeligt anvendte materialer omfatter guld og tin, guld og silicium osv. Ved brug af den eutektiske bindingsproces vil sportransmissionsmodulet, hvor blyrammen er placeret, forvarme rammen. Nøglen til realiseringen af den eutektiske bindingsproces er, at det eutektiske bindingsmateriale kan smelte ved en temperatur langt under smeltepunktet for de to bestanddele for at danne en binding. For at forhindre, at rammen oxideres under den eutektiske bindingsproces, bruger den eutektiske bindingsproces også ofte beskyttelsesgasser, såsom hydrogen- og nitrogenblandet gas, der tilføres sporet for at beskytte blyrammen.
2. 4 Blød loddelimningsproces
Ved blød loddelimning, før chippen placeres, fortinnes og presses bindingspositionen på blyrammen, eller dobbelt fortinnet, og blyrammen skal opvarmes i sporet. Fordelen ved den bløde loddebindingsproces er god varmeledningsevne, og ulempen er, at den er let at oxidere, og processen er forholdsvis kompliceret. Det er velegnet til blyramme-pakning af strømenheder, såsom transistor-konturemballage.
2. 5 Sølvsintringsbindingsproces
Den mest lovende bindingsproces for den nuværende tredjegenerations halvlederchip er brugen af metalpartikelsintringsteknologi, som blander polymerer såsom epoxyharpiks, der er ansvarlig for forbindelsen i den ledende lim. Det har fremragende elektrisk ledningsevne, termisk ledningsevne og servicekarakteristika ved høje temperaturer. Det er også en nøgleteknologi for yderligere gennembrud inden for tredjegenerations halvlederemballage i de senere år.
2.6 Termokompressionsbindingsproces
I emballageapplikationen af højtydende tredimensionelle integrerede kredsløb har halvlederfirmaet Intel lanceret en termokompressionsbindingsproces til avancerede small-pitch-bindingsapplikationer, på grund af den kontinuerlige reduktion af chipinterconnect input/output pitch, bump-størrelse og pitch. bump chips med en pitch på 40 til 50 μm eller endda 10 μm. Termokompressionsbindingsproces er velegnet til chip-til-wafer og chip-til-substrat applikationer. Som en hurtig flertrinsproces står termokompressionsbindingsprocessen over for udfordringer i forbindelse med processtyringsproblemer, såsom ujævn temperatur og ukontrollerbar smeltning af loddemetal med lille volumen. Under termokompressionsbinding skal temperatur, tryk, position osv. opfylde præcise reguleringskrav.
2.7 Flip-chip-bindingsproces
Princippet for flip-chip-bindingsprocessen er vist i figur 2. Flip-mekanismen opfanger chippen fra waferen og vender den 180° for at overføre chippen. Loddehovedets dyse opfanger chippen fra vippemekanismen, og chippens bumpretning er nedad. Efter at svejsehoveddysen bevæger sig til toppen af emballagesubstratet, bevæger den sig nedad for at binde og fiksere chippen på emballagesubstratet.
Flip-chip-emballage er en avanceret chip-sammenkoblingsteknologi og er blevet den vigtigste udviklingsretning for avanceret emballageteknologi. Den har karakteristika af høj tæthed, høj ydeevne, tynd og kort og kan opfylde udviklingskravene for forbrugerelektronikprodukter såsom smartphones og tablets. Flip-chip-bindingsprocessen gør emballageomkostningerne lavere og kan realisere stablede chips og tredimensionel emballage. Det er meget udbredt inden for emballageteknologi, såsom 2.5D/3D integreret emballage, wafer-niveau emballage og system-niveau emballage. Flip-chip-bindingsprocessen er den mest udbredte og mest udbredte faste matrice-bindingsproces i avanceret emballeringsteknologi.
Indlægstid: 18. nov. 2024