מחקר על תהליך הדבקה של מוליכים למחצה וציוד

מחקר על קוביית מוליכים למחצהתהליך מליטה, כולל תהליך הדבקת דבק, תהליך הדבקה אוטקטי, תהליך הדבקת הלחמה רכה, תהליך הדבקת סינטר כסף, תהליך הדבקה בכבישה חמה, תהליך הדבקת שבב Flip. מוצגים הסוגים והאינדיקטורים הטכניים החשובים של ציוד מליטה של ​​מוליכים למחצה, מצב הפיתוח מנותח, ומגמת הפיתוח צפויה.

 

1 סקירה כללית של תעשיית מוליכים למחצה ואריזות

תעשיית המוליכים למחצה כוללת במיוחד חומרים וציוד מוליכים למחצה במעלה הזרם, ייצור מוליכים למחצה באמצע הזרם ויישומים במורד הזרם. תעשיית המוליכים למחצה במדינה שלי התחילה מאוחר, אבל אחרי כמעט עשר שנים של התפתחות מהירה, המדינה שלי הפכה לשוק הצרכני של מוצרי מוליכים למחצה הגדול בעולם ולשוק ציוד המוליכים למחצה הגדול בעולם. תעשיית המוליכים למחצה מתפתחת במהירות במצב של דור אחד של ציוד, דור אחד של תהליך ודור אחד של מוצרים. המחקר על תהליך וציוד מוליכים למחצה הוא הכוח המניע הליבה להתקדמות מתמשכת של התעשייה והערבות לתיעוש וייצור המוני של מוצרי מוליכים למחצה.

 

היסטוריית הפיתוח של טכנולוגיית אריזת מוליכים למחצה היא ההיסטוריה של שיפור מתמיד של ביצועי שבבים ומיזעור מתמשך של מערכות. הכוח המניע הפנימי של טכנולוגיית האריזה התפתח מתחום הסמארטפונים המתקדמים לתחומים כמו מחשוב בעל ביצועים גבוהים ובינה מלאכותית. ארבעת השלבים של הפיתוח של טכנולוגיית אריזת מוליכים למחצה מוצגים בטבלה 1.

כאשר צמתי תהליך הליטוגרפיה של מוליכים למחצה נעים לעבר 10 ננומטר, 7 ננומטר, 5 ננומטר, 3 ננומטר ו-2 ננומטר, עלויות המו"פ והייצור ממשיכות לעלות, קצב התפוקה יורד וחוק מור מאט. מנקודת המבט של מגמות פיתוח תעשייתיות, מוגבלות כיום על ידי הגבולות הפיזיים של צפיפות הטרנזיסטור והעלייה העצומה בעלויות הייצור, האריזה מתפתחת בכיוון של מזעור, צפיפות גבוהה, ביצועים גבוהים, מהירות גבוהה, תדר גבוה ואינטגרציה גבוהה. תעשיית המוליכים למחצה נכנסה לעידן שלאחר מור, ותהליכים מתקדמים כבר לא מתמקדים רק בקידום צמתים של טכנולוגיית ייצור פרוסות, אלא פונים בהדרגה לטכנולוגיית אריזה מתקדמת. טכנולוגיית אריזה מתקדמת יכולה לא רק לשפר את הפונקציות ולהעלות את ערך המוצר, אלא גם להפחית ביעילות את עלויות הייצור, והופכת לנתיב חשוב להמשך חוק מור. מצד אחד, טכנולוגיית חלקיקי הליבה משמשת לפיצול מערכות מורכבות למספר טכנולוגיות אריזה שניתן לארוז באריזה הטרוגנית והטרוגנית. מצד שני, טכנולוגיית המערכת המשולבת משמשת לשילוב התקנים מחומרים ומבנים שונים, שיש להם יתרונות פונקציונליים ייחודיים. האינטגרציה של מספר רב של פונקציות והתקנים מחומרים שונים מתממשת באמצעות טכנולוגיית מיקרואלקטרוניקה, ומתממשת הפיתוח ממעגלים משולבים למערכות משולבות.

 

אריזת מוליכים למחצה היא נקודת המוצא לייצור שבבים וגשר בין העולם הפנימי של השבב למערכת החיצונית. נכון לעכשיו, בנוסף לחברות אריזה ובדיקות מוליכים למחצה המסורתיים, מוליכים למחצהרָקִיקבתי יציקה, חברות עיצוב מוליכים למחצה וחברות רכיבים משולבים מפתחות באופן פעיל אריזה מתקדמת או טכנולוגיות אריזה מפתח קשורות.

 

התהליכים העיקריים של טכנולוגיית האריזה המסורתית הםרָקִיקדילול, חיתוך, הדבקת קוביות, הדבקת תיל, איטום פלסטיק, ציפוי אלקטרוליטי, חיתוך ויציקה של צלעות וכו'. ביניהם, תהליך הדבקת התבנית הוא אחד מתהליכי האריזה המורכבים והקריטיים ביותר, וציוד תהליך הדבקת התבנית הוא גם אחד מתהליכי האריזה המורכבים והקריטיים ביותר. ציוד הליבה הקריטי ביותר באריזת מוליכים למחצה, והוא אחד מציוד האריזה עם שווי השוק הגבוה ביותר. למרות שטכנולוגיית אריזה מתקדמת משתמשת בתהליכים חזיתיים כגון ליתוגרפיה, תחריט, מתכת ומישור, תהליך האריזה החשוב ביותר הוא עדיין תהליך הדבקת התבנית.

 

2 תהליך הדבקה של מוליכים למחצה

2.1 סקירה כללית

תהליך הדבקת המות נקרא גם העמסת שבב, העמסת ליבה, הדבקת קוביות, תהליך הדבקת שבבים וכו'. תהליך הדבקת הקוביות מוצג באיור 1. באופן כללי, הדבקת קוביות היא לאסוף את השבב מהוואפר באמצעות ראש ריתוך פיית יניקה באמצעות ואקום, והנח אותה על אזור הרפידה המיועד של מסגרת העופרת או מצע האריזה תחת הנחייה ויזואלית, כך שהשבב והרפידה מחוברים ומקובעים. האיכות והיעילות של תהליך הדבקת המות ישפיעו ישירות על האיכות והיעילות של הדבקת החוטים הבאים, ולכן הדבקת המות היא אחת מטכנולוגיות המפתח בתהליך הקצה האחורי של מוליכים למחצה.

 

עבור תהליכי אריזה שונים של מוצרים מוליכים למחצה, קיימות כיום שש טכנולוגיות עיקריות של תהליך הדבקת קוביות, כלומר חיבור דבק, הדבקה אוטקטית, הלחמה רכה, הדבקת הלחמה בכסף, הדבקה בכבישה חמה והדבקת שבב הפוך. כדי להשיג הדבקה טובה של שבבים, יש צורך לגרום למרכיבי התהליך המרכזיים בתהליך הדבקת התבנית לשתף פעולה זה עם זה, כולל חומרי הדבקת קוביות, טמפרטורה, זמן, לחץ ואלמנטים אחרים.

 

2. 2 תהליך הדבקה

במהלך הדבקה, יש למרוח כמות מסוימת של דבק על מסגרת העופרת או מצע האריזה לפני הנחת השבב, ואז ראש ההדבקה של התבנית קולט את השבב, ובאמצעות הנחיית ראיית מכונה, השבב ממוקם במדויק על החיבור מיקום מסגרת העופרת או מצע החבילה המצופה בדבק, וכוח הדבקה מסוים של התבנית מופעל על השבב דרך ראש מכונת הדבקת הקוביות, ויוצר שכבת דבק בין השבב לבין מסגרת העופרת או מצע החבילה, כדי להשיג את מטרת ההדבקה, ההתקנה והתיקון של השבב. תהליך הדבקת המות הזה נקרא גם תהליך הדבקת הדבק מכיוון שיש צורך ליישם דבק מול מכונת הדבקת המות.

 

הדבקים הנפוצים כוללים חומרים מוליכים למחצה כגון שרף אפוקסי ומשחת כסף מוליך. הדבקת הדבקה היא תהליך הדבקת השבבים המוליכים למחצה הנפוצים ביותר מכיוון שהתהליך פשוט יחסית, העלות נמוכה וניתן להשתמש במגוון חומרים.

 

2.3 תהליך חיבור אוקטי

במהלך מליטה אוטקטית, חומר מליטה אוטקטי מיושם בדרך כלל מראש על החלק התחתון של השבב או מסגרת העופרת. ציוד ההדבקה האוטקטי קולט את השבב ומונחה על ידי מערכת ראיית המכונה כדי למקם את השבב במדויק במיקום ההדבקה המתאים של מסגרת העופרת. השבב ומסגרת העופרת יוצרים ממשק מליטה אוטקטי בין השבב למצע האריזה בפעולה משולבת של חימום ולחץ. תהליך ההדבקה האוטקטי משמש לעתים קרובות באריזת מסגרת עופרת ואריזת מצע קרמי.

 

חומרי מליטה אוקטיים מעורבים בדרך כלל על ידי שני חומרים בטמפרטורה מסוימת. חומרים בשימוש נפוץ כוללים זהב ופח, זהב וסיליקון וכו'. בעת שימוש בתהליך ההדבקה האוטקטית, מודול העברת המסילה שבו ממוקמת מסגרת העופרת יחמם מראש את המסגרת. המפתח למימוש תהליך ההתקשרות האוטקטית הוא שחומר ההדבקה האאוקטי יכול להמיס בטמפרטורה הרבה מתחת לנקודת ההיתוך של שני החומרים המרכיבים כדי ליצור קשר. על מנת למנוע מהמסגרת להתחמצן במהלך תהליך ההדבקה האוטקטית, תהליך ההתקשרות האוטקטי משתמש לעתים קרובות גם בגזי הגנה כגון גז מעורב מימן וחנקן כדי להזין למסלול כדי להגן על מסגרת העופרת.

 

2. 4 תהליך הדבקת הלחמה רכה

בעת הדבקת הלחמה רכה, לפני הנחת השבב, מיקום ההדבקה על מסגרת העופרת מחושלת ולחוץ, או מכוסה כפולה, ויש לחמם את מסגרת העופרת במסילה. היתרון של תהליך הדבקת הלחמה רכה הוא מוליכות תרמית טובה, והחיסרון הוא שקל לחמצן והתהליך יחסית מסובך. זה מתאים לאריזת מסגרת עופרת של התקני כוח, כגון אריזת מתאר טרנזיסטור.

 

2. 5 תהליך הדבקת סינטר כסף

תהליך ההדבקה המבטיח ביותר עבור שבב מוליכים למחצה מהדור השלישי הנוכחי הוא השימוש בטכנולוגיית סינטר חלקיקי מתכת, אשר מערבבת פולימרים כגון שרף אפוקסי האחראי לחיבור בדבק המוליך. יש לו מוליכות חשמלית מצוינת, מוליכות תרמית ומאפייני שירות בטמפרטורה גבוהה. זוהי גם טכנולוגיית מפתח לפריצות דרך נוספות באריזת מוליכים למחצה מהדור השלישי בשנים האחרונות.

 

2.6 תהליך הדבקה תרמו-קומפרסיה

ביישומי האריזה של מעגלים משולבים תלת מימדיים בעלי ביצועים גבוהים, עקב הפחתה מתמשכת של גובה הקלט/פלט של חיבורי שבבים, גודל הבליטות והגובה, חברת המוליכים למחצה אינטל השיקה תהליך חיבור תרמו-דחיסה עבור יישומים מתקדמים של חיבור גובה קטן, מליטה זעירה שבבי bump עם גובה של 40 עד 50 מיקרומטר או אפילו 10 מיקרומטר. תהליך הדבקה תרמו-דחיסה מתאים ליישומי שבב-ל-wafer ושבב-ל-מצע. כתהליך רב-שלבי מהיר, תהליך ההדבקה התרמו-קומפרסיה מתמודד עם אתגרים בנושאי בקרת תהליכים, כגון טמפרטורה לא אחידה והתכה בלתי נשלטת של הלחמה בנפח קטן. במהלך הדבקה תרמו-קומפרסיה, טמפרטורה, לחץ, מיקום וכו' חייבים לעמוד בדרישות בקרה מדויקות.

 

2.7 תהליך הדבקת שבב Flip

העיקרון של תהליך הדבקת שבב היפוך מוצג באיור 2. מנגנון ההיפוך קולט את השבב מהוואפר ומעיף אותו ב-180 מעלות כדי להעביר את השבב. פיית ראש ההלחמה קולטת את השבב ממנגנון ההיפוך, וכיוון הבליטה של ​​השבב כלפי מטה. לאחר שזרבובית ראש הריתוך עוברת לחלק העליון של מצע האריזה, היא נעה כלפי מטה כדי להתחבר ולקבע את השבב על מצע האריזה.

 

אריזת Flip chip היא טכנולוגיית חיבור שבבים מתקדמת והפכה לכיוון הפיתוח העיקרי של טכנולוגיית אריזה מתקדמת. יש לו מאפיינים של צפיפות גבוהה, ביצועים גבוהים, דק וקצר, והוא יכול לעמוד בדרישות הפיתוח של מוצרי צריכה אלקטרוניים כגון סמארטפונים וטאבלטים. תהליך הדבקת שבב הפוך מפחית את עלות האריזה ויכול לממש שבבים מוערמים ואריזה תלת מימדית. הוא נמצא בשימוש נרחב בתחומי טכנולוגיית אריזה כגון אריזה משולבת 2.5D/3D, אריזה ברמת רקיק ואריזה ברמת המערכת. תהליך הדבקת ה-Flip chip הוא תהליך הדבקת המות המוצקות בשימוש הנפוץ והנפוץ ביותר בטכנולוגיית אריזה מתקדמת.