Estudio sobre matriz semiconductoraproceso de vinculación, incluido el proceso de unión adhesiva, el proceso de unión eutéctica, el proceso de unión por soldadura blanda, el proceso de unión por sinterización de plata, el proceso de unión por prensado en caliente y el proceso de unión con chip invertido. Se presentan los tipos e indicadores técnicos importantes de los equipos de unión de matrices de semiconductores, se analiza el estado de desarrollo y se prospecta la tendencia de desarrollo.
1 Descripción general de la industria de semiconductores y el embalaje
La industria de los semiconductores incluye específicamente materiales y equipos semiconductores ascendentes, fabricación de semiconductores intermedios y aplicaciones posteriores. La industria de semiconductores de mi país comenzó tarde, pero después de casi diez años de rápido desarrollo, mi país se ha convertido en el mercado de consumo de productos semiconductores más grande del mundo y el mercado de equipos de semiconductores más grande del mundo. La industria de los semiconductores se ha desarrollado rápidamente en el modelo de una generación de equipos, una generación de procesos y una generación de productos. La investigación sobre procesos y equipos de semiconductores es el motor central para el progreso continuo de la industria y la garantía para la industrialización y producción en masa de productos semiconductores.
La historia del desarrollo de la tecnología de empaquetado de semiconductores es la historia de la mejora continua del rendimiento de los chips y la miniaturización continua de los sistemas. La fuerza impulsora interna de la tecnología de embalaje ha evolucionado desde el campo de los teléfonos inteligentes de alta gama hasta campos como la informática de alto rendimiento y la inteligencia artificial. Las cuatro etapas del desarrollo de la tecnología de empaquetado de semiconductores se muestran en la Tabla 1.
A medida que los nodos del proceso de litografía de semiconductores avanzan hacia 10 nm, 7 nm, 5 nm, 3 nm y 2 nm, los costos de investigación y desarrollo y producción continúan aumentando, la tasa de rendimiento disminuye y la ley de Moore se desacelera. Desde la perspectiva de las tendencias de desarrollo industrial, actualmente limitadas por los límites físicos de la densidad de los transistores y el enorme aumento de los costos de fabricación, los envases se están desarrollando en la dirección de la miniaturización, la alta densidad, el alto rendimiento, la alta velocidad, la alta frecuencia y la alta integración. La industria de los semiconductores ha entrado en la era posterior a Moore, y los procesos avanzados ya no se centran solo en el avance de los nodos de tecnología de fabricación de obleas, sino que gradualmente recurren a tecnologías de envasado avanzadas. La tecnología de embalaje avanzada no sólo puede mejorar las funciones y aumentar el valor del producto, sino también reducir eficazmente los costos de fabricación, convirtiéndose en un camino importante para continuar con la Ley de Moore. Por un lado, la tecnología de partículas centrales se utiliza para dividir sistemas complejos en varias tecnologías de embalaje que pueden empaquetarse en embalajes heterogéneos y heterogéneos. Por otro lado, la tecnología de sistema integrado se utiliza para integrar dispositivos de diferentes materiales y estructuras, lo que tiene ventajas funcionales únicas. La integración de múltiples funciones y dispositivos de diferentes materiales se realiza mediante el uso de tecnología microelectrónica y se realiza el desarrollo desde circuitos integrados hasta sistemas integrados.
El embalaje de semiconductores es el punto de partida para la producción de chips y un puente entre el mundo interno del chip y el sistema externo. En la actualidad, además de las empresas tradicionales de pruebas y embalaje de semiconductores, las empresas de semiconductoresobleafundiciones, empresas de diseño de semiconductores y empresas de componentes integrados están desarrollando activamente embalajes avanzados o tecnologías de embalaje clave relacionadas.
Los principales procesos de la tecnología de envasado tradicional sonobleaadelgazamiento, corte, unión de matrices, unión de cables, sellado de plástico, galvanoplastia, corte y moldeado de nervaduras, etc. Entre ellos, el proceso de unión de matrices es uno de los procesos de envasado más complejos y críticos, y el equipo del proceso de unión de matrices también es uno de el equipo central más crítico en el embalaje de semiconductores y es uno de los equipos de embalaje con mayor valor de mercado. Aunque la tecnología de embalaje avanzada utiliza procesos iniciales como litografía, grabado, metalización y planarización, el proceso de embalaje más importante sigue siendo el proceso de unión de troqueles.
2 Proceso de unión de matrices de semiconductores
2.1 Descripción general
El proceso de unión de matrices también se denomina carga de chips, carga de núcleos, unión de matrices, proceso de unión de chips, etc. El proceso de unión de matrices se muestra en la Figura 1. En términos generales, la unión de matrices consiste en recoger el chip de la oblea usando un cabezal de soldadura. Boquilla de succión usando aspiradora y colóquela en el área designada de la almohadilla del marco de plomo o sustrato de embalaje bajo guía visual, de modo que el chip y la almohadilla estén unidos y fijados. La calidad y eficiencia del proceso de unión de matrices afectará directamente la calidad y eficiencia de la unión de cables posterior, por lo que la unión de matrices es una de las tecnologías clave en el proceso final de semiconductores.
Para diferentes procesos de envasado de productos semiconductores, actualmente existen seis tecnologías principales de procesos de unión de matrices: unión adhesiva, unión eutéctica, unión por soldadura blanda, unión por sinterización de plata, unión por prensado en caliente y unión por chip invertido. Para lograr una buena unión de virutas, es necesario hacer que los elementos clave del proceso de unión de matrices cooperen entre sí, incluidos principalmente los materiales de unión de matrices, la temperatura, el tiempo, la presión y otros elementos.
2. 2 Proceso de unión adhesiva
Durante la unión adhesiva, se debe aplicar una cierta cantidad de adhesivo al marco principal o al sustrato del paquete antes de colocar el chip, y luego el cabezal de unión del troquel recoge el chip y, a través de la guía de visión artificial, el chip se coloca con precisión en la unión. posición del marco principal o sustrato del paquete recubierto con adhesivo, y se aplica una cierta fuerza de unión del troquel al chip a través del cabezal de la máquina de unión del troquel, formando una capa adhesiva entre el chip y el marco principal o sustrato del paquete, para lograr la propósito de unir, instalar y fijar el chip. Este proceso de unión de troqueles también se denomina proceso de unión con pegamento porque el adhesivo debe aplicarse delante de la máquina de unión de troqueles.
Los adhesivos comúnmente utilizados incluyen materiales semiconductores como resina epoxi y pasta de plata conductora. La unión adhesiva es el proceso de unión de matrices de chips semiconductores más utilizado porque es relativamente simple, el costo es bajo y se puede utilizar una variedad de materiales.
2.3 Proceso de unión eutéctica
Durante la unión eutéctica, el material de unión eutéctica generalmente se aplica previamente en la parte inferior del chip o en el marco principal. El equipo de unión eutéctica recoge el chip y es guiado por el sistema de visión artificial para colocar con precisión el chip en la posición de unión correspondiente del marco principal. El chip y el marco de cables forman una interfaz de unión eutéctica entre el chip y el sustrato del paquete bajo la acción combinada de calentamiento y presión. El proceso de unión eutéctica se utiliza a menudo en envases de marcos de plomo y sustratos cerámicos.
Los materiales de unión eutéctica generalmente se mezclan con dos materiales a una temperatura determinada. Los materiales comúnmente utilizados incluyen oro y estaño, oro y silicio, etc. Cuando se utiliza el proceso de unión eutéctica, el módulo de transmisión de vía donde se encuentra el marco principal precalentará el marco. La clave para la realización del proceso de unión eutéctica es que el material de unión eutéctica puede fundirse a una temperatura muy por debajo del punto de fusión de los dos materiales constituyentes para formar una unión. Para evitar que el marco se oxide durante el proceso de unión eutéctica, el proceso de unión eutéctica también utiliza a menudo gases protectores como hidrógeno y gas mixto de nitrógeno que se introducen en la pista para proteger el marco principal.
2.4 Proceso de unión por soldadura blanda
Cuando se realiza una unión por soldadura blanda, antes de colocar el chip, la posición de unión en el marco del cable se estaña y presiona, o se estaña dos veces, y el marco del cable debe calentarse en la pista. La ventaja del proceso de unión por soldadura blanda es una buena conductividad térmica y la desventaja es que es fácil de oxidar y el proceso es relativamente complicado. Es adecuado para el embalaje de marcos conductores de dispositivos de potencia, como el embalaje de contorno de transistores.
2. 5 Proceso de unión por sinterización de plata
El proceso de unión más prometedor para el actual chip semiconductor de potencia de tercera generación es el uso de tecnología de sinterización de partículas metálicas, que mezcla polímeros como la resina epoxi responsable de la conexión en el pegamento conductor. Tiene excelentes características de conductividad eléctrica, conductividad térmica y servicio a alta temperatura. También es una tecnología clave para futuros avances en el envasado de semiconductores de tercera generación en los últimos años.
2.6 Proceso de unión por termocompresión
En la aplicación de empaquetado de circuitos integrados tridimensionales de alto rendimiento, debido a la reducción continua del paso de entrada/salida de la interconexión del chip, el tamaño del saliente y el paso, la empresa de semiconductores Intel ha lanzado un proceso de unión por termocompresión para aplicaciones avanzadas de unión de paso pequeño, uniendo diminutos chips de choque con un paso de 40 a 50 μm o incluso 10 μm. El proceso de unión por termocompresión es adecuado para aplicaciones de chip a oblea y de chip a sustrato. Como proceso rápido de varios pasos, el proceso de unión por termocompresión enfrenta desafíos en problemas de control del proceso, como temperatura desigual y fusión incontrolable de soldadura de pequeño volumen. Durante la unión por termocompresión, la temperatura, presión, posición, etc. deben cumplir requisitos de control precisos.
2.7 Proceso de unión de chip invertido
El principio del proceso de unión del chip invertido se muestra en la Figura 2. El mecanismo de inflexión toma el chip de la oblea y lo gira 180° para transferir el chip. La boquilla del cabezal de soldadura recoge el chip del mecanismo de giro y la dirección del impacto del chip es hacia abajo. Después de que la boquilla del cabezal de soldadura se mueve hacia la parte superior del sustrato de embalaje, se mueve hacia abajo para unir y fijar el chip en el sustrato de embalaje.
El empaquetado con chip Flip es una tecnología avanzada de interconexión de chips y se ha convertido en la principal dirección de desarrollo de la tecnología de embalaje avanzada. Tiene las características de alta densidad, alto rendimiento, delgado y corto, y puede cumplir con los requisitos de desarrollo de productos electrónicos de consumo como teléfonos inteligentes y tabletas. El proceso de unión de chips invertidos reduce el costo del embalaje y permite realizar chips apilados y embalajes tridimensionales. Se utiliza ampliamente en campos de tecnología de embalaje, como embalaje integrado 2,5D/3D, embalaje a nivel de oblea y embalaje a nivel de sistema. El proceso de unión de chip invertido es el proceso de unión de matriz sólida más utilizado y más utilizado en la tecnología de embalaje avanzada.
Hora de publicación: 18-nov-2024