Uuring pooljuhtide stantside kohtasidumisprotsess, sealhulgas liimimisprotsess, eutektiline sidumisprotsess, pehme joodise sidumisprotsess, hõbeda paagutamise liimimisprotsess, kuumpressimise liimimisprotsess, flip chip sidumisprotsess. Tutvustatakse pooljuhtide liimimisseadmete tüüpe ja olulisi tehnilisi näitajaid, analüüsitakse arengustaatust ja vaadatakse välja arengusuund.
1 Ülevaade pooljuhtide tööstusest ja pakendamisest
Pooljuhtide tööstus hõlmab konkreetselt ülesvoolu pooljuhtmaterjale ja -seadmeid, keskvoolu pooljuhtide tootmist ja allavoolu rakendusi. minu kodumaa pooljuhtidetööstus sai alguse hilja, kuid pärast peaaegu kümneaastast kiiret arengut on minu riigist saanud maailma suurim pooljuhttoodete tarbijaturg ja maailma suurim pooljuhtseadmete turg. Pooljuhtide tööstus on kiiresti arenenud ühe põlvkonna seadmete, ühe põlvkonna protsesside ja ühe põlvkonna toodete režiimis. Pooljuhtprotsesside ja -seadmete uurimine on tööstuse pideva arengu peamine liikumapanev jõud ning pooljuhttoodete industrialiseerimise ja masstootmise tagatis.
Pooljuhtide pakendamise tehnoloogia arengulugu on kiibi jõudluse pideva täiustamise ja süsteemide pideva miniaturiseerimise ajalugu. Pakenditehnoloogia sisemine liikumapanev jõud on arenenud tipptasemel nutitelefonide valdkonnast sellistesse valdkondadesse nagu suure jõudlusega andmetöötlus ja tehisintellekt. Pooljuhtpakendite tehnoloogia arendamise neli etappi on toodud tabelis 1.
Kui pooljuhtlitograafia protsessi sõlmed liiguvad 10 nm, 7 nm, 5 nm, 3 nm ja 2 nm suunas, kasvavad teadus- ja arendustegevuse ning tootmiskulud jätkuvalt, tootlus väheneb ja Moore'i seadus aeglustub. Tööstusliku arengu suundumuste vaatenurgast, mida praegu piiravad transistoride tiheduse füüsilised piirid ja tootmiskulude tohutu kasv, areneb pakend miniaturiseerimise, suure tiheduse, suure jõudlusega, suure kiiruse, kõrge sageduse ja suure integratsiooni suunas. Pooljuhtide tööstus on jõudnud Moore'i järgsesse ajastusse ja arenenud protsessid ei keskendu enam ainult vahvlite tootmistehnoloogia sõlmede edendamisele, vaid pöörduvad järk-järgult täiustatud pakkimistehnoloogia poole. Täiustatud pakkimistehnoloogia ei saa mitte ainult parandada funktsioone ja suurendada toote väärtust, vaid ka tõhusalt vähendada tootmiskulusid, muutudes oluliseks teeks Moore'i seaduse jätkamiseks. Ühest küljest kasutatakse osakeste põhitehnoloogiat keerukate süsteemide jagamiseks mitmeks pakendamistehnoloogiaks, mida saab pakendada heterogeensesse ja heterogeensesse pakendisse. Teisest küljest kasutatakse integreeritud süsteemitehnoloogiat erinevatest materjalidest ja konstruktsioonidest seadmete integreerimiseks, millel on ainulaadsed funktsionaalsed eelised. Erinevatest materjalidest erinevate funktsioonide ja seadmete integreerimine toimub mikroelektroonika tehnoloogia abil ning areng integraallülitustest integraalsüsteemideni.
Pooljuhtpakend on kiibi tootmise lähtepunkt ja sild kiibi sisemaailma ja välissüsteemi vahel. Praegu on lisaks traditsioonilistele pooljuhtide pakendamis- ja testimisettevõtetele ka pooljuhtvahvelvalukojad, pooljuhtide projekteerimisettevõtted ja integreeritud komponentide ettevõtted arendavad aktiivselt täiustatud pakendamise või nendega seotud võtmetähtsusega pakendamistehnoloogiaid.
Traditsioonilise pakkimistehnoloogia peamised protsessid onvahvelhõrenemine, lõikamine, stantsimine, traadi liimimine, plasttihendus, galvaniseerimine, ribide lõikamine ja vormimine jne. Nende hulgas on stantsi sidumise protsess üks keerukamaid ja kriitilisemaid pakkimisprotsesse ning stantsimise protsessi seadmed on samuti üks pooljuhtpakendite kõige kriitilisem põhiseade ja üks kõrgeima turuväärtusega pakendamisseadmeid. Kuigi täiustatud pakkimistehnoloogia kasutab esiotsa protsesse, nagu litograafia, söövitus, metalliseerimine ja planariseerimine, on kõige olulisem pakkimisprotsess siiski stantsimise protsess.
2 Pooljuhtide liimimisprotsess
2.1 Ülevaade
Matriitsi liimimise protsessi nimetatakse ka laastude laadimiseks, südamiku laadimiseks, stantsimiseks, laastude ühendamiseks jne. Matriitsi liimimise protsess on näidatud joonisel 1. Üldiselt on stantsiga liimimine kiibi eemaldamine vahvlilt keevituspea abil. imemisotsik vaakumit kasutades ja asetage see visuaalse juhendamise all juhtraami või pakendamisaluse ettenähtud padjapiirkonnale, nii et kiip ja padi oleksid liimitud ja fikseeritud. Matriitsi liimimisprotsessi kvaliteet ja tõhusus mõjutavad otseselt järgneva traadi sidumise kvaliteeti ja tõhusust, seega on stantsimine pooljuhtide tagaprotsessis üks võtmetehnoloogiaid.
Erinevate pooljuhttoodete pakkimisprotsesside jaoks on praegu kuus peamist stantsimise protsessi tehnoloogiat, nimelt liimimine, eutektiline sidumine, pehme joodisliimimine, hõbeda paagutamine, kuumpressimine ja flip-chip liimimine. Hea kiibi sidumise saavutamiseks on vaja panna stantside sidumisprotsessi peamised protsessielemendid omavahel koostööd tegema, hõlmates peamiselt stantsi sidumismaterjale, temperatuuri, aega, rõhku ja muid elemente.
2. 2 Liimimisprotsess
Liimimise ajal tuleb enne kiibi paigaldamist pliiraamile või pakendi substraadile kanda teatud kogus liimi, seejärel võtab stantsi liimimispea kiibi üles ning masinnägemise juhiste abil asetatakse kiip liimimispinnale täpselt. liimiga kaetud juhtraami või pakendi põhimiku asendisse ja kiibile rakendatakse läbi stantsi liimimismasina pea teatud stantsi sidumisjõud, moodustades kleepuv kiht kiibi ja juhtraami või pakendi substraadi vahel, et saavutada kiibi liimimise, paigaldamise ja kinnitamise eesmärk. Seda liimimisprotsessi nimetatakse ka liimiga liimimisprotsessiks, kuna liim tuleb kanda stantsi liimimismasina ette.
Tavaliselt kasutatavate liimide hulka kuuluvad pooljuhtmaterjalid, nagu epoksüvaik ja juhtiv hõbedapasta. Liimimine on kõige laialdasemalt kasutatav pooljuhtkiibi liimimisprotsess, kuna protsess on suhteliselt lihtne, hind on madal ja kasutada saab mitmesuguseid materjale.
2.3 Eutektiline sidumisprotsess
Eutektilise sidumise ajal kantakse eutektiline sidematerjal tavaliselt kiibi või juhtraami põhjale. Eutektiline sidumisseade võtab kiibi ja juhib masinnägemissüsteemi, et asetada kiip täpselt juhtraami vastavasse ühendusasendisse. Kiip ja juhtraam moodustavad kuumutamise ja rõhu kombineeritud toimel kiibi ja pakendi substraadi vahel eutektilise liidese. Eutektilist sidumisprotsessi kasutatakse sageli pliiraami ja keraamilise substraadi pakendis.
Eutektilisi sidematerjale segatakse tavaliselt kahe materjaliga teatud temperatuuril. Tavaliselt kasutatavad materjalid on kuld ja tina, kuld ja räni jne. Eutektilise sidumisprotsessi kasutamisel soojendab rööbastee ülekandemoodul, kus asub juhtraam, raami eelsoojendamiseks. Eutektilise sidumisprotsessi realiseerimise võti on see, et eutektiline sidematerjal võib sideme moodustamiseks sulada temperatuuril, mis on palju madalam kui kahe koostisosa sulamistemperatuur. Selleks, et vältida raami oksüdeerumist eutektilise sidumisprotsessi ajal, kasutatakse eutektilise sidumise protsessis sageli ka kaitsegaase, nagu vesinik ja lämmastikugaas, mis suunatakse rööbasteesse, et kaitsta juhtraami.
2. 4 Pehme joodisega liimimisprotsess
Pehme joodisega liimimisel tinatatakse ja pressitakse liimimisasend juhtraamil enne kiibi paigaldamist või topelttinatakse ning juhtraam tuleb rajas soojendada. Pehme joodise sidumisprotsessi eeliseks on hea soojusjuhtivus ning puuduseks on see, et seda on lihtne oksüdeeruda ja protsess on suhteliselt keeruline. See sobib toiteseadmete pliiraami pakkimiseks, näiteks transistori kontuuripakendiks.
2. 5 Hõbeda paagutamise liimimisprotsess
Praeguse kolmanda põlvkonna pooljuhtkiibi kõige lootustandvam sidumisprotsess on metalliosakeste paagutamise tehnoloogia kasutamine, mis segab juhtivas liimis ühendamise eest vastutavaid polümeere, näiteks epoksüvaiku. Sellel on suurepärane elektrijuhtivus, soojusjuhtivus ja kõrge temperatuuriga töötamise omadused. See on ka võtmetehnoloogia viimastel aastatel kolmanda põlvkonna pooljuhtpakendite edasisteks läbimurdeks.
2.6 Termokompressioonliimimisprotsess
Tänu suure jõudlusega kolmemõõtmeliste integraallülituste pakendamisele, kuna kiibiühenduste sisend-/väljundsammu, löögi suurust ja sammu on pidevalt vähenenud, on pooljuhtide ettevõte Intel käivitanud termokompressioonliimimisprotsessi täiustatud väikese sammuga liimimisrakenduste jaoks, mis ühendab pisikesi 40–50 μm või isegi 10 μm sammuga muhkelaastud. Termokompressioonliimimisprotsess sobib kiip-vahvel- ja kiip-põhimikrakendustele. Kiire mitmeastmelise protsessina seisab termokompressioonliimimisprotsess silmitsi protsesside juhtimisega seotud probleemidega, nagu ebaühtlane temperatuur ja väikesemahulise jooteaine kontrollimatu sulamine. Termopressimise ajal peavad temperatuur, rõhk, asend jne vastama täpsetele juhtimisnõuetele.
2.7 Flip chip liimimisprotsess
Flip chip sidumise protsessi põhimõte on näidatud joonisel 2. Pöördmehhanism tõstab kiibi vahvlilt ja pöörab seda 180°, et kiib üle kanda. Jootepea otsik tõstab kiibi klappmehhanismilt ja kiibi löögi suund on allapoole. Pärast seda, kui keevituspea otsik liigub pakendamisaluse ülaosale, liigub see allapoole, et siduda ja kinnitada kiip pakendamisalusele.
Flip chip pakend on täiustatud kiipide ühendamise tehnoloogia ja sellest on saanud täiustatud pakenditehnoloogia peamine arengusuund. Sellel on suure tihedusega, suure jõudlusega, õhuke ja lühike omadused ning see vastab tarbeelektroonikatoodete, nagu nutitelefonid ja tahvelarvutid, arendusnõuetele. Klapiga liimimisprotsess muudab pakendi maksumuse madalamaks ning võimaldab realiseerida virnastatud kiipe ja kolmemõõtmelisi pakendeid. Seda kasutatakse laialdaselt pakendamistehnoloogia valdkondades, nagu 2,5D/3D integreeritud pakend, vahvlitaseme pakend ja süsteemitaseme pakend. Flip chip liimimisprotsess on täiustatud pakkimistehnoloogias kõige laialdasemalt kasutatav ja enim kasutatav tahke stantsi sidumisprotsess.
Postitusaeg: 18.11.2024