Studi tentang semikonduktor matiproses pengikatan, termasuk proses pengikatan perekat, proses pengikatan eutektik, proses pengikatan solder lunak, proses pengikatan sintering perak, proses pengikatan pengepresan panas, proses pengikatan chip flip. Jenis dan indikator teknis penting dari peralatan die bonding semikonduktor diperkenalkan, status pengembangan dianalisis, dan tren pengembangan diperkirakan.
1 Tinjauan industri semikonduktor dan pengemasan
Industri semikonduktor secara khusus mencakup bahan dan peralatan semikonduktor hulu, manufaktur semikonduktor tengah, dan aplikasi hilir. Industri semikonduktor di negara saya terlambat dimulai, tetapi setelah hampir sepuluh tahun berkembang pesat, negara saya telah menjadi pasar konsumen produk semikonduktor terbesar di dunia dan pasar peralatan semikonduktor terbesar di dunia. Industri semikonduktor telah berkembang pesat dalam mode satu generasi peralatan, satu generasi proses, dan satu generasi produk. Penelitian tentang proses dan peralatan semikonduktor merupakan kekuatan pendorong utama bagi kemajuan industri yang berkelanjutan dan jaminan industrialisasi dan produksi massal produk semikonduktor.
Sejarah perkembangan teknologi pengemasan semikonduktor adalah sejarah peningkatan kinerja chip yang berkelanjutan dan miniaturisasi sistem yang berkelanjutan. Kekuatan pendorong internal teknologi pengemasan telah berevolusi dari bidang ponsel pintar kelas atas ke bidang-bidang seperti komputasi kinerja tinggi dan kecerdasan buatan. Empat tahapan perkembangan teknologi pengemasan semikonduktor ditunjukkan pada Tabel 1.
Ketika node proses litografi semikonduktor bergerak menuju 10 nm, 7 nm, 5 nm, 3 nm, dan 2 nm, biaya penelitian dan pengembangan dan produksi terus meningkat, tingkat hasil menurun, dan Hukum Moore melambat. Dari perspektif tren perkembangan industri, yang saat ini dibatasi oleh batasan fisik kepadatan transistor dan peningkatan besar dalam biaya produksi, pengemasan berkembang ke arah miniaturisasi, kepadatan tinggi, kinerja tinggi, kecepatan tinggi, frekuensi tinggi, dan integrasi tinggi. Industri semikonduktor telah memasuki era pasca-Moore, dan proses lanjutan tidak lagi hanya terfokus pada kemajuan node teknologi manufaktur wafer, namun secara bertahap beralih ke teknologi pengemasan yang canggih. Teknologi pengemasan yang canggih tidak hanya dapat meningkatkan fungsi dan meningkatkan nilai produk, namun juga secara efektif mengurangi biaya produksi, menjadi jalur penting untuk melanjutkan Hukum Moore. Di satu sisi, teknologi partikel inti digunakan untuk membagi sistem kompleks menjadi beberapa teknologi pengemasan yang dapat dikemas dalam kemasan heterogen dan heterogen. Di sisi lain, teknologi sistem terintegrasi digunakan untuk mengintegrasikan perangkat dari bahan dan struktur berbeda, yang memiliki keunggulan fungsional unik. Integrasi berbagai fungsi dan perangkat dari bahan yang berbeda diwujudkan dengan menggunakan teknologi mikroelektronika, dan pengembangan dari sirkuit terpadu menjadi sistem terintegrasi diwujudkan.
Kemasan semikonduktor adalah titik awal produksi chip dan jembatan antara dunia internal chip dan sistem eksternal. Saat ini, selain perusahaan pengemasan dan pengujian semikonduktor tradisional, semikonduktorkue waferpengecoran logam, perusahaan desain semikonduktor, dan perusahaan komponen terintegrasi secara aktif mengembangkan pengemasan canggih atau teknologi pengemasan utama terkait.
Proses utama dari teknologi pengemasan tradisional adalahkue waferpenipisan, pemotongan, pengikatan cetakan, pengikatan kawat, penyegelan plastik, pelapisan listrik, pemotongan dan pencetakan tulang rusuk, dll. Diantaranya, proses pengikatan cetakan adalah salah satu proses pengemasan yang paling kompleks dan kritis, dan peralatan proses pengikatan cetakan juga merupakan salah satu dari peralatan inti paling penting dalam pengemasan semikonduktor, dan merupakan salah satu peralatan pengemasan dengan nilai pasar tertinggi. Meskipun teknologi pengemasan canggih menggunakan proses front-end seperti litografi, etsa, metalisasi, dan planarisasi, proses pengemasan yang paling penting tetaplah proses pengikatan cetakan.
2 Proses ikatan mati semikonduktor
2.1 Ikhtisar
Proses die bonding disebut juga chip loading, core loading, die bonding, proses chip bonding, dll. Proses die bonding ditunjukkan pada Gambar 1. Secara umum, die bonding adalah mengambil chip dari wafer menggunakan kepala las nosel hisap menggunakan vakum, dan letakkan di area bantalan yang ditentukan pada rangka timah atau substrat pengemasan di bawah panduan visual, sehingga chip dan bantalan terikat dan diperbaiki. Kualitas dan efisiensi proses die bonding akan secara langsung mempengaruhi kualitas dan efisiensi wire bonding berikutnya, sehingga die bonding adalah salah satu teknologi utama dalam proses back-end semikonduktor.
Untuk proses pengemasan produk semikonduktor yang berbeda, saat ini terdapat enam teknologi proses pengikatan mati utama, yaitu pengikatan perekat, pengikatan eutektik, pengikatan solder lunak, pengikatan sintering perak, pengikatan pengepresan panas, dan pengikatan flip-chip. Untuk mencapai ikatan chip yang baik, elemen-elemen proses utama dalam proses ikatan mati perlu bekerja sama satu sama lain, terutama termasuk bahan pengikat mati, suhu, waktu, tekanan dan elemen lainnya.
2. 2 Proses ikatan perekat
Selama pengikatan perekat, sejumlah perekat perlu diaplikasikan pada rangka timah atau substrat kemasan sebelum menempatkan chip, dan kemudian kepala pengikat mati mengambil chip, dan melalui panduan visi mesin, chip ditempatkan secara akurat pada ikatan. posisi rangka utama atau substrat kemasan dilapisi dengan perekat, dan gaya ikatan mati tertentu diterapkan pada chip melalui kepala mesin pengikat mati, membentuk lapisan perekat antara chip dan rangka utama atau substrat kemasan, untuk mencapai tujuan mengikat, memasang dan memperbaiki chip. Proses die bonding ini disebut juga dengan proses bonding lem karena perekat perlu diaplikasikan terlebih dahulu di depan mesin die bonding.
Perekat yang umum digunakan termasuk bahan semikonduktor seperti resin epoksi dan pasta perak konduktif. Ikatan perekat adalah proses pengikatan cetakan chip semikonduktor yang paling banyak digunakan karena prosesnya relatif sederhana, biayanya rendah, dan beragam bahan dapat digunakan.
2.3 Proses ikatan eutektik
Selama pengikatan eutektik, bahan pengikat eutektik umumnya diaplikasikan terlebih dahulu pada bagian bawah chip atau rangka timah. Peralatan pengikat eutektik mengambil chip dan dipandu oleh sistem visi mesin untuk menempatkan chip secara akurat pada posisi pengikatan yang sesuai pada rangka utama. Chip dan rangka utama membentuk antarmuka ikatan eutektik antara chip dan substrat paket di bawah aksi gabungan pemanasan dan tekanan. Proses pengikatan eutektik sering digunakan pada rangka timah dan kemasan substrat keramik.
Bahan ikatan eutektik umumnya dicampur oleh dua bahan pada suhu tertentu. Bahan yang umum digunakan antara lain emas dan timah, emas dan silikon, dll. Saat menggunakan proses pengikatan eutektik, modul transmisi track tempat rangka utama berada akan memanaskan rangka terlebih dahulu. Kunci terwujudnya proses ikatan eutektik adalah bahan pengikat eutektik dapat meleleh pada suhu jauh di bawah titik leleh kedua bahan penyusunnya sehingga membentuk suatu ikatan. Untuk mencegah rangka teroksidasi selama proses ikatan eutektik, proses ikatan eutektik juga sering menggunakan gas pelindung seperti gas campuran hidrogen dan nitrogen untuk dimasukkan ke dalam lintasan guna melindungi rangka utama.
2. 4 Proses ikatan solder lunak
Ketika ikatan solder lunak, sebelum menempatkan chip, posisi ikatan pada rangka timah dikalengkan dan ditekan, atau dikalengkan ganda, dan rangka timah perlu dipanaskan di lintasan. Keuntungan dari proses pengikatan solder lunak adalah konduktivitas termal yang baik, dan kelemahannya adalah mudah teroksidasi dan prosesnya relatif rumit. Sangat cocok untuk kemasan rangka utama perangkat listrik, seperti kemasan garis transistor.
2. 5 proses ikatan sintering perak
Proses pengikatan yang paling menjanjikan untuk chip semikonduktor daya generasi ketiga saat ini adalah penggunaan teknologi sintering partikel logam, yang mencampurkan polimer seperti resin epoksi yang bertanggung jawab untuk sambungan pada lem konduktif. Ini memiliki konduktivitas listrik, konduktivitas termal, dan karakteristik layanan suhu tinggi yang sangat baik. Ini juga merupakan teknologi kunci untuk terobosan lebih lanjut dalam kemasan semikonduktor generasi ketiga dalam beberapa tahun terakhir.
2.6 Proses ikatan termokompresi
Dalam aplikasi pengemasan sirkuit terintegrasi tiga dimensi berkinerja tinggi, karena pengurangan terus-menerus dari pitch input/output interkoneksi chip, ukuran dan pitch bump, perusahaan semikonduktor Intel telah meluncurkan proses pengikatan termokompresi untuk aplikasi pengikatan pitch kecil yang canggih, pengikatan kecil benjolan chip dengan nada 40 hingga 50 μm atau bahkan 10 μm. Proses pengikatan termokompresi cocok untuk aplikasi chip-ke-wafer dan chip-ke-substrat. Sebagai proses multi-langkah yang cepat, proses pengikatan termokompresi menghadapi tantangan dalam masalah pengendalian proses, seperti suhu yang tidak merata dan pencairan solder volume kecil yang tidak terkendali. Selama ikatan termokompresi, suhu, tekanan, posisi, dll. harus memenuhi persyaratan kontrol yang tepat.
2.7 Proses pengikatan chip flip
Prinsip proses pengikatan chip flip ditunjukkan pada Gambar 2. Mekanisme flip mengambil chip dari wafer dan membaliknya 180° untuk mentransfer chip. Nosel kepala solder mengambil chip dari mekanisme flip, dan arah benturan chip mengarah ke bawah. Setelah nosel kepala las bergerak ke atas media kemasan, ia bergerak ke bawah untuk mengikat dan memasang chip pada media kemasan.
Kemasan flip chip merupakan teknologi interkoneksi chip yang canggih dan telah menjadi arah pengembangan utama teknologi pengemasan canggih. Memiliki karakteristik kepadatan tinggi, kinerja tinggi, tipis dan pendek, serta dapat memenuhi kebutuhan pengembangan produk elektronik konsumen seperti ponsel pintar dan tablet. Proses pengikatan chip flip membuat biaya pengemasan lebih rendah dan dapat mewujudkan chip bertumpuk dan kemasan tiga dimensi. Ini banyak digunakan dalam bidang teknologi pengemasan seperti pengemasan terintegrasi 2.5D/3D, pengemasan tingkat wafer, dan pengemasan tingkat sistem. Proses pengikatan chip flip adalah proses pengikatan cetakan padat yang paling banyak digunakan dan paling banyak digunakan dalam teknologi pengemasan canggih.
Waktu posting: 18 November 2024