Studie over halfgeleiderchipshechtingsproces, inclusief lijmverbindingsproces, eutectisch verbindingsproces, zacht soldeerverbindingsproces, zilversinterverbindingsproces, warmpersverbindingsproces, flip-chip verbindingsproces. De typen en belangrijke technische indicatoren van apparatuur voor het verbinden van halfgeleiderchips worden geïntroduceerd, de ontwikkelingsstatus wordt geanalyseerd en de ontwikkelingstrend wordt geprospecteerd.
1 Overzicht van de halfgeleiderindustrie en verpakkingen
De halfgeleiderindustrie omvat specifiek de upstream-halfgeleidermaterialen en -apparatuur, de midstream-productie van halfgeleiders en de downstream-toepassingen. De halfgeleiderindustrie van mijn land is laat begonnen, maar na bijna tien jaar van snelle ontwikkeling is mijn land de grootste consumentenmarkt voor halfgeleiderproducten ter wereld en de grootste markt voor halfgeleiderapparatuur ter wereld geworden. De halfgeleiderindustrie heeft zich snel ontwikkeld in de vorm van één generatie apparatuur, één generatie processen en één generatie producten. Het onderzoek naar halfgeleiderprocessen en -apparatuur is de belangrijkste drijvende kracht voor de voortdurende vooruitgang van de industrie en de garantie voor de industrialisatie en massaproductie van halfgeleiderproducten.
De ontwikkelingsgeschiedenis van de halfgeleiderverpakkingstechnologie is de geschiedenis van voortdurende verbetering van de chipprestaties en voortdurende miniaturisatie van systemen. De interne drijvende kracht achter de verpakkingstechnologie is geëvolueerd van het gebied van high-end smartphones naar terreinen als high-performance computing en kunstmatige intelligentie. De vier fasen van de ontwikkeling van halfgeleiderverpakkingstechnologie worden weergegeven in Tabel 1.
Naarmate de knooppunten van het halfgeleiderlithografieproces zich richting 10 nm, 7 nm, 5 nm, 3 nm en 2 nm bewegen, blijven de R&D- en productiekosten stijgen, neemt de opbrengst af en vertraagt de wet van Moore. Vanuit het perspectief van industriële ontwikkelingstrends, momenteel beperkt door de fysieke grenzen van de transistordichtheid en de enorme stijging van de productiekosten, ontwikkelen verpakkingen zich in de richting van miniaturisatie, hoge dichtheid, hoge prestaties, hoge snelheid, hoge frequentie en hoge integratie. De halfgeleiderindustrie is het post-Moore-tijdperk binnengegaan en geavanceerde processen zijn niet langer alleen gericht op de vooruitgang van de technologische knooppunten voor wafelproductie, maar richten zich geleidelijk op geavanceerde verpakkingstechnologie. Geavanceerde verpakkingstechnologie kan niet alleen de functies verbeteren en de productwaarde verhogen, maar ook de productiekosten effectief verlagen, wat een belangrijk pad wordt om de wet van Moore voort te zetten. Enerzijds wordt de kerndeeltjestechnologie gebruikt om complexe systemen op te splitsen in verschillende verpakkingstechnologieën die in heterogene en heterogene verpakkingen kunnen worden verpakt. Aan de andere kant wordt de geïntegreerde systeemtechnologie gebruikt om apparaten van verschillende materialen en structuren te integreren, wat unieke functionele voordelen heeft. De integratie van meerdere functies en apparaten van verschillende materialen wordt gerealiseerd door gebruik te maken van micro-elektronicatechnologie, en de ontwikkeling van geïntegreerde schakelingen naar geïntegreerde systemen wordt gerealiseerd.
Halfgeleiderverpakkingen vormen het startpunt voor de productie van chips en vormen een brug tussen de interne wereld van de chip en het externe systeem. Op dit moment, naast de traditionele halfgeleiderverpakkingen en testbedrijven, halfgeleiderswafeltjegieterijen, halfgeleiderontwerpbedrijven en bedrijven met geïntegreerde componenten ontwikkelen actief geavanceerde verpakkingstechnologieën of aanverwante belangrijke verpakkingstechnologieën.
De belangrijkste processen van traditionele verpakkingstechnologie zijnwafeltjeuitdunnen, snijden, matrijzen verbinden, draadverbinden, plastic afdichten, galvaniseren, ribben snijden en vormen, enz. Onder hen is het matrijsverbindingsproces een van de meest complexe en kritische verpakkingsprocessen, en de matrijsverbindingsprocesapparatuur is ook een van de meest complexe en kritische verpakkingsprocessen. de meest kritische kernapparatuur in halfgeleiderverpakkingen, en is een van de verpakkingsapparatuur met de hoogste marktwaarde. Hoewel geavanceerde verpakkingstechnologie gebruik maakt van front-end-processen zoals lithografie, etsen, metallisatie en planarisatie, is het belangrijkste verpakkingsproces nog steeds het die-bonding-proces.
2 Halfgeleiderchipverbindingsproces
2.1 Overzicht
Het matrijsbindingsproces wordt ook chipbelasting, kernbelasting, matrijsbinding, chipbindingsproces, enz. genoemd. Het matrijsbindingsproces wordt getoond in figuur 1. Over het algemeen bestaat matrijsbinding uit het oppakken van de chip van de wafer met behulp van een laskop. zuigmondstuk met behulp van vacuüm, en plaats deze onder visuele begeleiding op het aangewezen padgebied van het leadframe of verpakkingssubstraat, zodat de chip en het kussen worden verbonden en gefixeerd. De kwaliteit en efficiëntie van het die bonding-proces zullen rechtstreeks van invloed zijn op de kwaliteit en efficiëntie van de daaropvolgende wire bonding. Daarom is die bonding een van de belangrijkste technologieën in het back-end-proces van halfgeleiders.
Voor verschillende verpakkingsprocessen voor halfgeleiderproducten zijn er momenteel zes belangrijke procestechnologieën voor het verbinden van matrijzen, namelijk lijmbinding, eutectische binding, zachtsoldeerbinding, zilversinterbinding, heetpersbinding en flip-chipbinding. Om een goede chipbinding te bereiken, is het noodzakelijk om de belangrijkste proceselementen in het matrijsbindingsproces met elkaar te laten samenwerken, voornamelijk inclusief matrijsbindingsmaterialen, temperatuur, tijd, druk en andere elementen.
2. 2 Lijmverbindingsproces
Tijdens het lijmen moet een bepaalde hoeveelheid lijm op het leadframe of het verpakkingssubstraat worden aangebracht voordat de chip wordt geplaatst. Vervolgens pakt de matrijsverbindingskop de chip op en via machinevisiegeleiding wordt de chip nauwkeurig op de lijm geplaatst. positie van het leadframe of pakketsubstraat bedekt met lijm, en een bepaalde matrijsverbindingskracht wordt uitgeoefend op de chip via de matrijsverbindingsmachinekop, waardoor een lijmlaag wordt gevormd tussen de chip en het leadframe of pakketsubstraat, om de doel van het lijmen, installeren en bevestigen van de chip. Dit matrijsverbindingsproces wordt ook wel lijmverbindingsproces genoemd, omdat lijm vóór de matrijsverbindingsmachine moet worden aangebracht.
Veelgebruikte lijmen zijn onder meer halfgeleidermaterialen zoals epoxyhars en geleidende zilverpasta. Lijmverbinding is het meest gebruikte proces voor het verbinden van halfgeleiderchips, omdat het proces relatief eenvoudig is, de kosten laag zijn en er een verscheidenheid aan materialen kan worden gebruikt.
2.3 Eutectisch bindingsproces
Tijdens eutectische hechting wordt eutectisch hechtmateriaal doorgaans vooraf aangebracht op de onderkant van de chip of het leadframe. De eutectische verbindingsapparatuur pakt de chip op en wordt door het machinevisiesysteem geleid om de chip nauwkeurig op de overeenkomstige verbindingspositie van het leadframe te plaatsen. De chip en het leadframe vormen een eutectisch verbindingsvlak tussen de chip en het verpakkingssubstraat onder de gecombineerde werking van verwarming en druk. Het eutectische bindingsproces wordt vaak gebruikt bij het verpakken van leadframes en keramische substraten.
Eutectische hechtmaterialen worden over het algemeen gemengd door twee materialen bij een bepaalde temperatuur. Veelgebruikte materialen zijn onder meer goud en tin, goud en silicium, enz. Bij gebruik van het eutectische bindingsproces zal de spoortransmissiemodule waar het leadframe zich bevindt het frame voorverwarmen. De sleutel tot de realisatie van het eutectische bindingsproces is dat het eutectische bindingsmateriaal kan smelten bij een temperatuur ver onder het smeltpunt van de twee samenstellende materialen om een binding te vormen. Om te voorkomen dat het frame tijdens het eutectische bindingsproces wordt geoxideerd, wordt bij het eutectische bindingsproces ook vaak gebruik gemaakt van beschermende gassen zoals gemengd waterstof en stikstofgas dat in het spoor wordt ingevoerd om het leadframe te beschermen.
2. 4 Zacht soldeerverbindingsproces
Bij zachtsoldeerverbindingen wordt, voordat de chip wordt geplaatst, de verbindingspositie op het leadframe vertind en geperst, of dubbel vertind, en moet het leadframe in de baan worden verwarmd. Het voordeel van het zachtsoldeerproces is een goede thermische geleidbaarheid, en het nadeel is dat het gemakkelijk te oxideren is en dat het proces relatief gecompliceerd is. Het is geschikt voor leadframe-verpakkingen van stroomapparaten, zoals transistoromtrekverpakkingen.
2. 5 Zilversinterbindingsproces
Het meest veelbelovende verbindingsproces voor de huidige vermogenshalfgeleiderchip van de derde generatie is het gebruik van sintertechnologie met metaaldeeltjes, waarbij polymeren zoals epoxyhars worden gemengd die verantwoordelijk zijn voor de verbinding in de geleidende lijm. Het heeft uitstekende elektrische geleidbaarheid, thermische geleidbaarheid en service-eigenschappen bij hoge temperaturen. Het is ook een sleuteltechnologie voor verdere doorbraken in de derde generatie halfgeleiderverpakkingen van de afgelopen jaren.
2.6 Thermocompressie-hechtproces
Bij de verpakkingstoepassing van hoogwaardige driedimensionale geïntegreerde schakelingen heeft halfgeleiderbedrijf Intel, als gevolg van de voortdurende vermindering van de invoer/uitvoer-steek van chipverbindingen, de bultgrootte en steek, een thermocompressieverbindingsproces gelanceerd voor geavanceerde verbindingstoepassingen met kleine steek, waarbij kleine bumpchips met een steek van 40 tot 50 μm of zelfs 10 μm. Het thermocompressie-hechtproces is geschikt voor chip-naar-wafer- en chip-naar-substraat-toepassingen. Omdat het een snel uit meerdere stappen bestaand proces is, wordt het thermocompressieverbindingsproces geconfronteerd met uitdagingen op het gebied van procescontrole, zoals ongelijkmatige temperaturen en oncontroleerbaar smelten van soldeer in kleine hoeveelheden. Tijdens thermocompressieverbindingen moeten temperatuur, druk, positie, enz. aan nauwkeurige controle-eisen voldoen.
2.7 Flip-chip-bindingsproces
Het principe van het flip-chip-bindingsproces wordt getoond in figuur 2. Het flip-mechanisme pakt de chip van de wafer en draait deze 180° om om de chip over te dragen. Het soldeerkopmondstuk pakt de chip op van het flip-mechanisme en de bobbelrichting van de chip is naar beneden. Nadat het mondstuk van de laskop naar de bovenkant van het verpakkingssubstraat is bewogen, beweegt het naar beneden om de chip op het verpakkingssubstraat te hechten en te fixeren.
Flip-chip-verpakkingen zijn een geavanceerde chip-interconnectietechnologie en zijn de belangrijkste ontwikkelingsrichting van geavanceerde verpakkingstechnologie geworden. Het heeft de kenmerken van hoge dichtheid, hoge prestaties, dun en kort, en kan voldoen aan de ontwikkelingsvereisten van consumentenelektronica zoals smartphones en tablets. Het flip-chip-bondingproces verlaagt de verpakkingskosten en kan gestapelde chips en driedimensionale verpakkingen realiseren. Het wordt veel gebruikt op het gebied van verpakkingstechnologie, zoals 2,5D/3D geïntegreerde verpakkingen, verpakkingen op waferniveau en verpakkingen op systeemniveau. Het flip-chip-bondingproces is het meest gebruikte en meest gebruikte solid-die-bondingproces in de geavanceerde verpakkingstechnologie.
Posttijd: 18 november 2024