Studio sulla matrice dei semiconduttoriprocesso di legame, compreso il processo di incollaggio adesivo, il processo di incollaggio eutettico, il processo di incollaggio con saldatura dolce, il processo di incollaggio con sinterizzazione dell'argento, il processo di incollaggio con pressatura a caldo, il processo di incollaggio con flip chip. Vengono introdotti i tipi e gli importanti indicatori tecnici delle apparecchiature per l'incollaggio di stampi per semiconduttori, viene analizzato lo stato di sviluppo e viene prospettata la tendenza di sviluppo.
1 Panoramica dell'industria dei semiconduttori e dell'imballaggio
L'industria dei semiconduttori comprende specificamente materiali e apparecchiature per semiconduttori a monte, produzione di semiconduttori midstream e applicazioni a valle. L'industria dei semiconduttori del mio paese è iniziata tardi, ma dopo quasi dieci anni di rapido sviluppo, il mio paese è diventato il più grande mercato di consumo di prodotti a semiconduttori e il più grande mercato di apparecchiature per semiconduttori al mondo. L'industria dei semiconduttori si è sviluppata rapidamente secondo la modalità di una generazione di apparecchiature, una generazione di processi e una generazione di prodotti. La ricerca sui processi e sulle apparecchiature per semiconduttori è la forza trainante fondamentale per il continuo progresso del settore e la garanzia per l'industrializzazione e la produzione di massa di prodotti a semiconduttori.
La storia dello sviluppo della tecnologia di confezionamento dei semiconduttori è la storia del continuo miglioramento delle prestazioni dei chip e della continua miniaturizzazione dei sistemi. La forza trainante interna della tecnologia del packaging si è evoluta dal campo degli smartphone di fascia alta a campi come il calcolo ad alte prestazioni e l’intelligenza artificiale. Le quattro fasi dello sviluppo della tecnologia di packaging dei semiconduttori sono mostrate nella Tabella 1.
Man mano che i nodi del processo di litografia dei semiconduttori si spostano verso 10 nm, 7 nm, 5 nm, 3 nm e 2 nm, i costi di ricerca e sviluppo e di produzione continuano ad aumentare, il tasso di rendimento diminuisce e la legge di Moore rallenta. Dal punto di vista delle tendenze di sviluppo industriale, attualmente limitate dai limiti fisici della densità dei transistor e dall’enorme aumento dei costi di produzione, il packaging si sta sviluppando nella direzione della miniaturizzazione, dell’alta densità, delle alte prestazioni, dell’alta velocità, dell’alta frequenza e dell’elevata integrazione. L’industria dei semiconduttori è entrata nell’era post-Moore e i processi avanzati non si concentrano più solo sull’avanzamento dei nodi tecnologici di produzione dei wafer, ma si rivolgono gradualmente alla tecnologia di confezionamento avanzata. La tecnologia di imballaggio avanzata può non solo migliorare le funzioni e aumentare il valore del prodotto, ma anche ridurre efficacemente i costi di produzione, diventando un percorso importante per portare avanti la Legge di Moore. Da un lato, la tecnologia delle particelle centrali viene utilizzata per suddividere sistemi complessi in diverse tecnologie di imballaggio che possono essere confezionate in imballaggi eterogenei ed eterogenei. D'altra parte, la tecnologia del sistema integrato viene utilizzata per integrare dispositivi di diversi materiali e strutture, il che presenta vantaggi funzionali unici. L'integrazione di molteplici funzioni e dispositivi di materiali diversi viene realizzata utilizzando la tecnologia microelettronica e viene realizzato lo sviluppo da circuiti integrati a sistemi integrati.
Il packaging dei semiconduttori è il punto di partenza per la produzione dei chip e un ponte tra il mondo interno del chip e il sistema esterno. Allo stato attuale, oltre alle tradizionali società di confezionamento e test di semiconduttori, semiconduttoriwaferfonderie, società di progettazione di semiconduttori e società di componenti integrati stanno sviluppando attivamente imballaggi avanzati o tecnologie di imballaggio chiave correlate.
I principali processi della tecnologia di imballaggio tradizionale sonowaferassottigliamento, taglio, incollaggio a stampo, incollaggio di fili, sigillatura di plastica, galvanica, taglio e stampaggio di nervature, ecc. Tra questi, il processo di incollaggio a stampo è uno dei processi di imballaggio più complessi e critici e anche l'attrezzatura per il processo di incollaggio a stampo è uno dei l'attrezzatura principale più critica nell'imballaggio dei semiconduttori ed è una delle apparecchiature per l'imballaggio con il più alto valore di mercato. Sebbene la tecnologia di imballaggio avanzata utilizzi processi front-end come litografia, incisione, metallizzazione e planarizzazione, il processo di imballaggio più importante è ancora il processo di incollaggio.
2 Processo di incollaggio del die dei semiconduttori
2.1 Panoramica
Il processo di die bonding è anche chiamato caricamento del chip, caricamento del nucleo, die bonding, processo di die bonding, ecc. Il processo di die bonding è mostrato nella Figura 1. In generale, il die bonding consiste nel prelevare il chip dal wafer utilizzando una testa di saldatura ugello di aspirazione utilizzando il vuoto e posizionarlo sull'area designata del cuscinetto del telaio conduttore o del substrato di imballaggio sotto guida visiva, in modo che il chip e il cuscinetto siano incollati e fissati. La qualità e l'efficienza del processo di die bonding influenzeranno direttamente la qualità e l'efficienza del successivo wire bonding, pertanto il die bonding è una delle tecnologie chiave nel processo back-end dei semiconduttori.
Per diversi processi di confezionamento di prodotti semiconduttori, esistono attualmente sei principali tecnologie di processo di incollaggio die, vale a dire incollaggio adesivo, incollaggio eutettico, incollaggio con saldatura dolce, incollaggio con sinterizzazione dell'argento, incollaggio con pressatura a caldo e incollaggio flip-chip. Per ottenere un buon incollaggio dei trucioli, è necessario far cooperare tra loro gli elementi chiave del processo di incollaggio dello stampo, inclusi principalmente materiali di incollaggio dello stampo, temperatura, tempo, pressione e altri elementi.
2. 2 Processo di incollaggio adesivo
Durante il collegamento adesivo, è necessario applicare una certa quantità di adesivo al telaio conduttore o al substrato del pacchetto prima di posizionare il chip, quindi la testa di collegamento dello stampo raccoglie il chip e, attraverso la guida della visione artificiale, il chip viene posizionato con precisione sul collegamento posizione del telaio conduttore o del substrato del pacchetto rivestito di adesivo e una certa forza di adesione dello stampo viene applicata al chip attraverso la testa della macchina di unione dello stampo, formando uno strato adesivo tra il chip e il telaio conduttore o il substrato del pacchetto, in modo da ottenere il scopo di incollare, installare e fissare il chip. Questo processo di incollaggio dello stampo è anche chiamato processo di incollaggio con colla perché l'adesivo deve essere applicato davanti alla macchina per l'incollaggio dello stampo.
Gli adesivi comunemente usati includono materiali semiconduttori come resina epossidica e pasta conduttiva d'argento. L'incollaggio adesivo è il processo di unione dello stampo di chip semiconduttore più utilizzato perché è relativamente semplice, il costo è basso ed è possibile utilizzare una varietà di materiali.
2.3 Processo di legame eutettico
Durante il collegamento eutettico, il materiale legante eutettico viene generalmente pre-applicato sul fondo del chip o del lead frame. L'apparecchiatura di collegamento eutettico preleva il chip ed è guidata dal sistema di visione artificiale per posizionare con precisione il chip nella corrispondente posizione di collegamento del lead frame. Il chip e il leadframe formano un'interfaccia di legame eutettico tra il chip e il substrato del package sotto l'azione combinata di riscaldamento e pressione. Il processo di legame eutettico viene spesso utilizzato negli imballaggi con telaio in piombo e substrato ceramico.
I materiali leganti eutettici vengono generalmente miscelati da due materiali ad una certa temperatura. I materiali comunemente utilizzati includono oro e stagno, oro e silicio, ecc. Quando si utilizza il processo di collegamento eutettico, il modulo di trasmissione del binario in cui si trova il telaio principale preriscalda il telaio. La chiave per la realizzazione del processo di legame eutettico è che il materiale di legame eutettico può fondersi ad una temperatura molto inferiore al punto di fusione dei due materiali costituenti per formare un legame. Per evitare che il telaio si ossidi durante il processo di collegamento eutettico, il processo di collegamento eutettico spesso utilizza anche gas protettivi come gas misto di idrogeno e azoto da immettere nel binario per proteggere il telaio principale.
2. 4 Processo di saldatura dolce
Quando si effettua la saldatura dolce, prima di posizionare il chip, la posizione di collegamento sul leadframe viene stagnata e pressata, o doppia stagnatura, e il leadframe deve essere riscaldato nella pista. Il vantaggio del processo di saldatura dolce è la buona conduttività termica, mentre lo svantaggio è che è facile da ossidare e il processo è relativamente complicato. È adatto per l'imballaggio del telaio conduttore di dispositivi di potenza, come l'imballaggio del contorno dei transistor.
2. 5 Processo di incollaggio della sinterizzazione dell'argento
Il processo di incollaggio più promettente per l’attuale chip semiconduttore di potenza di terza generazione è l’uso della tecnologia di sinterizzazione delle particelle metalliche, che mescola polimeri come la resina epossidica responsabile della connessione nella colla conduttiva. Ha eccellenti caratteristiche di conduttività elettrica, conduttività termica e servizio ad alta temperatura. È anche una tecnologia chiave per ulteriori progressi compiuti negli ultimi anni nel packaging dei semiconduttori di terza generazione.
2.6 Processo di incollaggio a termocompressione
Nell'applicazione di confezionamento di circuiti integrati tridimensionali ad alte prestazioni, grazie alla continua riduzione del passo di ingresso/uscita dell'interconnessione dei chip, della dimensione del rilievo e del passo, l'azienda di semiconduttori Intel ha lanciato un processo di incollaggio a termocompressione per applicazioni avanzate di incollaggio a passo ridotto, incollaggio di piccoli trucioli bump con un passo da 40 a 50 μm o anche 10 μm. Il processo di incollaggio a termocompressione è adatto per applicazioni da chip a wafer e da chip a substrato. Essendo un processo rapido in più fasi, il processo di incollaggio a termocompressione deve affrontare sfide in termini di controllo del processo, come temperatura non uniforme e fusione incontrollabile di piccoli volumi di saldatura. Durante l'incollaggio a termocompressione, temperatura, pressione, posizione, ecc. devono soddisfare precisi requisiti di controllo.
2.7 Processo di incollaggio del flip chip
Il principio del processo di incollaggio del chip flip è mostrato nella Figura 2. Il meccanismo di flip preleva il chip dal wafer e lo gira di 180° per trasferire il chip. L'ugello della testa di saldatura preleva il chip dal meccanismo di ribaltamento e la direzione di urto del chip è verso il basso. Dopo che l'ugello della testa di saldatura si è spostato sulla parte superiore del substrato di imballaggio, si sposta verso il basso per incollare e fissare il chip sul substrato di imballaggio.
L'imballaggio Flip Chip è una tecnologia avanzata di interconnessione dei chip ed è diventata la principale direzione di sviluppo della tecnologia di imballaggio avanzata. Ha le caratteristiche di alta densità, alte prestazioni, sottile e corto e può soddisfare i requisiti di sviluppo di prodotti elettronici di consumo come smartphone e tablet. Il processo di incollaggio dei chip flip riduce i costi di imballaggio e può realizzare chip impilati e imballaggi tridimensionali. È ampiamente utilizzato nei campi della tecnologia di imballaggio come l'imballaggio integrato 2.5D/3D, l'imballaggio a livello di wafer e l'imballaggio a livello di sistema. Il processo di incollaggio flip chip è il processo di incollaggio di stampi solidi più diffuso e più utilizzato nella tecnologia di imballaggio avanzata.
Orario di pubblicazione: 18 novembre 2024