Nghiên cứu về khuôn bán dẫnquá trình liên kết, bao gồm quy trình liên kết dính, quy trình liên kết eutectic, quy trình liên kết hàn mềm, quy trình liên kết thiêu kết bạc, quy trình liên kết ép nóng, quy trình liên kết chip lật. Các loại và chỉ số kỹ thuật quan trọng của thiết bị liên kết khuôn bán dẫn được giới thiệu, phân tích trạng thái phát triển và dự đoán xu hướng phát triển.
1 Tổng quan về ngành bán dẫn và bao bì
Ngành công nghiệp bán dẫn đặc biệt bao gồm các vật liệu và thiết bị bán dẫn thượng nguồn, sản xuất chất bán dẫn trung nguồn và các ứng dụng hạ nguồn. Ngành bán dẫn nước tôi khởi đầu muộn nhưng sau gần chục năm phát triển thần tốc, nước tôi đã trở thành thị trường tiêu thụ sản phẩm bán dẫn lớn nhất thế giới và thị trường thiết bị bán dẫn lớn nhất thế giới. Ngành công nghiệp bán dẫn đang phát triển nhanh chóng theo mô hình một thế hệ thiết bị, một thế hệ quy trình và một thế hệ sản phẩm. Nghiên cứu về quy trình và thiết bị bán dẫn là động lực cốt lõi cho sự phát triển không ngừng của ngành và là sự đảm bảo cho quá trình công nghiệp hóa và sản xuất hàng loạt các sản phẩm bán dẫn.
Lịch sử phát triển của công nghệ đóng gói bán dẫn là lịch sử không ngừng cải tiến hiệu suất của chip và liên tục thu nhỏ các hệ thống. Động lực bên trong của công nghệ đóng gói đã phát triển từ lĩnh vực điện thoại thông minh cao cấp sang các lĩnh vực như điện toán hiệu năng cao và trí tuệ nhân tạo. Bốn giai đoạn phát triển của công nghệ đóng gói bán dẫn được thể hiện trong Bảng 1.
Khi các nút quy trình in thạch bản bán dẫn tiến tới 10 nm, 7 nm, 5 nm, 3 nm và 2 nm, chi phí R&D và sản xuất tiếp tục tăng, tỷ suất lợi nhuận giảm và Định luật Moore chậm lại. Từ góc độ xu hướng phát triển công nghiệp, hiện đang bị hạn chế bởi các giới hạn vật lý của mật độ bóng bán dẫn và sự gia tăng lớn về chi phí sản xuất, bao bì đang phát triển theo hướng thu nhỏ, mật độ cao, hiệu suất cao, tốc độ cao, tần số cao và tích hợp cao. Ngành công nghiệp bán dẫn đã bước vào thời kỳ hậu Moore, và các quy trình tiên tiến không còn chỉ tập trung vào sự tiến bộ của các nút công nghệ sản xuất tấm bán dẫn mà dần chuyển sang công nghệ đóng gói tiên tiến. Công nghệ đóng gói tiên tiến không chỉ có thể cải thiện chức năng và tăng giá trị sản phẩm mà còn giảm chi phí sản xuất một cách hiệu quả, trở thành con đường quan trọng để tiếp tục Định luật Moore. Một mặt, công nghệ hạt lõi được sử dụng để phân chia các hệ thống phức tạp thành nhiều công nghệ đóng gói có thể được đóng gói trong bao bì không đồng nhất và không đồng nhất. Mặt khác, công nghệ hệ thống tích hợp được sử dụng để tích hợp các thiết bị có vật liệu và cấu trúc khác nhau, có những ưu điểm chức năng độc đáo. Việc tích hợp nhiều chức năng và thiết bị của các vật liệu khác nhau được thực hiện bằng cách sử dụng công nghệ vi điện tử và sự phát triển từ mạch tích hợp sang hệ thống tích hợp được thực hiện.
Bao bì bán dẫn là điểm khởi đầu cho quá trình sản xuất chip và là cầu nối giữa thế giới bên trong chip và hệ thống bên ngoài. Hiện nay, ngoài các công ty thử nghiệm và đóng gói chất bán dẫn truyền thống, chất bán dẫnbánh xốpcác xưởng đúc, công ty thiết kế chất bán dẫn và các công ty linh kiện tích hợp đang tích cực phát triển công nghệ đóng gói tiên tiến hoặc các công nghệ đóng gói quan trọng có liên quan.
Các quy trình chính của công nghệ đóng gói truyền thống làbánh xốplàm mỏng, cắt, liên kết khuôn, liên kết dây, hàn nhựa, mạ điện, cắt và đúc khuôn, v.v. Trong số đó, quy trình liên kết khuôn là một trong những quy trình đóng gói phức tạp và quan trọng nhất, và thiết bị xử lý liên kết khuôn cũng là một trong những quy trình thiết bị cốt lõi quan trọng nhất trong bao bì bán dẫn và là một trong những thiết bị đóng gói có giá trị thị trường cao nhất. Mặc dù công nghệ đóng gói tiên tiến sử dụng các quy trình đầu cuối như in thạch bản, khắc, kim loại hóa và làm phẳng, quy trình đóng gói quan trọng nhất vẫn là quy trình liên kết khuôn.
2 Quá trình liên kết khuôn bán dẫn
2.1 Tổng quan
Quá trình liên kết khuôn còn được gọi là nạp chip, nạp lõi, liên kết khuôn, quá trình liên kết chip, v.v. Quá trình liên kết khuôn được thể hiện trong Hình 1. Nói chung, liên kết khuôn là lấy chip ra khỏi wafer bằng đầu hàn vòi hút bằng chân không và đặt nó lên khu vực đệm được chỉ định của khung chì hoặc đế đóng gói dưới sự hướng dẫn trực quan, sao cho chip và miếng đệm được liên kết và cố định. Chất lượng và hiệu quả của quá trình liên kết khuôn sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng và hiệu quả của quá trình liên kết dây tiếp theo, vì vậy liên kết khuôn là một trong những công nghệ chủ chốt trong quy trình back-end bán dẫn.
Đối với các quy trình đóng gói sản phẩm bán dẫn khác nhau, hiện có sáu công nghệ xử lý liên kết khuôn chính, đó là liên kết dính, liên kết eutectic, liên kết hàn mềm, liên kết thiêu kết bạc, liên kết ép nóng và liên kết chip lật. Để đạt được liên kết chip tốt, cần phải làm cho các yếu tố quy trình chính trong quy trình liên kết khuôn phối hợp với nhau, chủ yếu bao gồm vật liệu liên kết khuôn, nhiệt độ, thời gian, áp suất và các yếu tố khác.
2. 2 Quá trình dán keo
Trong quá trình liên kết dính, cần phải bôi một lượng chất kết dính nhất định lên khung chì hoặc chất nền gói trước khi đặt chip, sau đó đầu liên kết khuôn sẽ nhấc chip lên và thông qua hướng dẫn thị giác của máy, chip được đặt chính xác trên liên kết. vị trí của khung chì hoặc đế gói được phủ chất kết dính và một lực liên kết khuôn nhất định được tác dụng lên chip thông qua đầu máy liên kết khuôn, tạo thành một lớp dính giữa chip và khung chì hoặc đế gói, để đạt được mục đích liên kết, lắp đặt và cố định chip. Quá trình liên kết khuôn này còn được gọi là quá trình liên kết keo vì chất kết dính cần được bôi phía trước máy liên kết khuôn.
Chất kết dính thường được sử dụng bao gồm các vật liệu bán dẫn như nhựa epoxy và bột bạc dẫn điện. Liên kết dính là quy trình liên kết khuôn chip bán dẫn được sử dụng rộng rãi nhất vì quy trình này tương đối đơn giản, chi phí thấp và có thể sử dụng nhiều loại vật liệu.
2.3 Quá trình liên kết Eutectic
Trong quá trình liên kết eutectic, vật liệu liên kết eutectic thường được áp dụng trước ở đáy chip hoặc khung chì. Thiết bị liên kết eutectic gắp chip và được hệ thống thị giác máy hướng dẫn để đặt chip chính xác vào vị trí liên kết tương ứng của khung chì. Con chip và khung chì tạo thành một giao diện liên kết eutectic giữa con chip và chất nền gói dưới tác động kết hợp của nhiệt độ và áp suất. Quá trình liên kết eutectic thường được sử dụng trong bao bì khung chì và chất nền gốm.
Vật liệu liên kết eutectic thường được trộn lẫn bởi hai vật liệu ở nhiệt độ nhất định. Các vật liệu thường được sử dụng bao gồm vàng và thiếc, vàng và silicon, v.v. Khi sử dụng quy trình liên kết eutectic, mô-đun truyền dẫn đường ray nơi đặt khung chì sẽ làm nóng khung trước. Chìa khóa để hiện thực hóa quá trình liên kết eutectic là vật liệu liên kết eutectic có thể nóng chảy ở nhiệt độ thấp hơn nhiều so với nhiệt độ nóng chảy của hai vật liệu cấu thành để tạo thành liên kết. Để khung không bị oxy hóa trong quá trình liên kết eutectic, quá trình liên kết eutectic cũng thường sử dụng các loại khí bảo vệ như khí hỗn hợp hydro và nitơ đưa vào rãnh để bảo vệ khung chì.
2. 4 Quy trình hàn liên kết mềm
Khi liên kết hàn mềm, trước khi đặt chip, vị trí liên kết trên khung chì được đóng hộp và ép, hoặc đóng hộp đôi, và khung chì cần được nung nóng trong rãnh. Ưu điểm của quá trình liên kết hàn mềm là dẫn nhiệt tốt, nhược điểm là dễ bị oxy hóa và quá trình này tương đối phức tạp. Nó phù hợp cho việc đóng gói khung chì của các thiết bị điện, chẳng hạn như bao bì phác thảo bóng bán dẫn.
2. 5 Quá trình liên kết thiêu kết bạc
Quy trình liên kết hứa hẹn nhất cho chip bán dẫn điện thế hệ thứ ba hiện nay là sử dụng công nghệ thiêu kết hạt kim loại, trộn lẫn các polyme như nhựa epoxy chịu trách nhiệm kết nối trong keo dẫn điện. Nó có tính dẫn điện tuyệt vời, tính dẫn nhiệt và đặc tính dịch vụ ở nhiệt độ cao. Nó cũng là công nghệ then chốt cho những bước đột phá hơn nữa trong lĩnh vực đóng gói chất bán dẫn thế hệ thứ ba trong những năm gần đây.
2.6 Quá trình liên kết nén nhiệt
Trong ứng dụng đóng gói các mạch tích hợp ba chiều hiệu suất cao, do liên tục giảm bước đầu vào/đầu ra của kết nối chip, kích thước va chạm và bước cao độ, công ty bán dẫn Intel đã đưa ra quy trình liên kết nén nhiệt cho các ứng dụng liên kết bước nhỏ tiên tiến, liên kết nhỏ va đập các mảnh vụn với khoảng cách từ 40 đến 50 μm hoặc thậm chí 10 μm. Quá trình liên kết nén nhiệt thích hợp cho các ứng dụng chip với wafer và chip với chất nền. Là một quy trình gồm nhiều bước nhanh chóng, quy trình liên kết nén nhiệt phải đối mặt với những thách thức trong các vấn đề kiểm soát quy trình, chẳng hạn như nhiệt độ không đồng đều và sự nóng chảy không thể kiểm soát của vật hàn có khối lượng nhỏ. Trong quá trình liên kết nén nhiệt, nhiệt độ, áp suất, vị trí, v.v. phải đáp ứng các yêu cầu kiểm soát chính xác.
2.7 Quá trình liên kết chip lật
Nguyên lý của quá trình liên kết chip lật được thể hiện trong Hình 2. Cơ chế lật lấy chip từ wafer và lật nó 180° để chuyển chip. Đầu phun của đầu hàn lấy chip từ cơ cấu lật và hướng va chạm của chip hướng xuống dưới. Sau khi vòi phun của đầu hàn di chuyển lên trên cùng của nền bao bì, nó di chuyển xuống phía dưới để liên kết và cố định chip trên nền bao bì.
Bao bì chip lật là công nghệ kết nối chip tiên tiến và đã trở thành hướng phát triển chính của công nghệ đóng gói tiên tiến. Nó có các đặc tính về mật độ cao, hiệu suất cao, mỏng và ngắn và có thể đáp ứng yêu cầu phát triển của các sản phẩm điện tử tiêu dùng như điện thoại thông minh và máy tính bảng. Quá trình liên kết chip lật giúp chi phí đóng gói thấp hơn và có thể tạo ra các chip xếp chồng lên nhau và bao bì ba chiều. Nó được sử dụng rộng rãi trong các lĩnh vực công nghệ đóng gói như bao bì tích hợp 2.5D/3D, bao bì cấp wafer và bao bì cấp hệ thống. Quy trình liên kết chip lật là quy trình liên kết khuôn rắn được sử dụng rộng rãi nhất và rộng rãi nhất trong công nghệ đóng gói tiên tiến.
Thời gian đăng: 18-11-2024