Հետազոտություն կիսահաղորդչային ձողերի միացման գործընթացի և սարքավորումների վերաբերյալ

Կիսահաղորդչային մատրիցների ուսումնասիրությունմիացման գործընթաց, ներառյալ սոսինձի միացման գործընթացը, էվեկտիկական կապի գործընթացը, փափուկ զոդման միացման գործընթացը, արծաթի սինթրինգի միացման գործընթացը, տաք սեղմման միացման գործընթացը, մատով չիպերի միացման գործընթացը: Ներկայացվում են կիսահաղորդչային մեխանիկական կպչող սարքավորումների տեսակներն ու կարևոր տեխնիկական ցուցանիշները, վերլուծվում է զարգացման կարգավիճակը և կանխատեսվում է զարգացման միտումը:

 

1 Կիսահաղորդչային արդյունաբերության և փաթեթավորման ակնարկ

Կիսահաղորդչային արդյունաբերությունը մասնավորապես ներառում է վերին հոսքի կիսահաղորդչային նյութեր և սարքավորումներ, միջին հոսքի կիսահաղորդիչների արտադրություն և ներհոսքի ներքևի կիրառումներ: իմ երկրի կիսահաղորդչային արդյունաբերությունը սկսել է ուշ, բայց մոտ տասը տարվա արագ զարգացումից հետո իմ երկիրը դարձել է կիսահաղորդչային արտադրանքի սպառողական շուկան և կիսահաղորդչային սարքավորումների աշխարհի ամենամեծ շուկան: Կիսահաղորդչային արդյունաբերությունը արագորեն զարգանում է մեկ սերնդի սարքավորումների, մեկ սերնդի գործընթացի և մեկ սերնդի արտադրանքի ռեժիմում: Կիսահաղորդչային գործընթացների և սարքավորումների վերաբերյալ հետազոտությունը հանդիսանում է արդյունաբերության շարունակական առաջընթացի հիմնական շարժիչ ուժը և կիսահաղորդչային արտադրանքի արդյունաբերականացման և զանգվածային արտադրության երաշխիքը:

 

Կիսահաղորդչային փաթեթավորման տեխնոլոգիայի զարգացման պատմությունը չիպերի աշխատանքի շարունակական բարելավման և համակարգերի շարունակական մանրացման պատմությունն է: Փաթեթավորման տեխնոլոգիայի ներքին շարժիչ ուժը բարձրակարգ սմարթֆոնների ոլորտից վերածվել է այնպիսի ոլորտների, ինչպիսիք են բարձր արդյունավետությամբ հաշվարկները և արհեստական ​​ինտելեկտը: Կիսահաղորդչային փաթեթավորման տեխնոլոգիայի զարգացման չորս փուլերը ներկայացված են Աղյուսակ 1-ում:

Երբ կիսահաղորդչային լիտոգրաֆիայի գործընթացի հանգույցները շարժվում են դեպի 10 նմ, 7 նմ, 5 նմ, 3 նմ և 2 նմ, R&D և արտադրության ծախսերը շարունակում են աճել, ելքի արագությունը նվազում է, և Մուրի օրենքը դանդաղում է: Արդյունաբերական զարգացման միտումների տեսանկյունից, ներկայումս սահմանափակված տրանզիստորի խտության ֆիզիկական սահմաններով և արտադրական ծախսերի հսկայական աճով, փաթեթավորումը զարգանում է մանրացման, բարձր խտության, բարձր կատարողականության, բարձր արագության, բարձր հաճախականության և բարձր ինտեգրման ուղղությամբ: Կիսահաղորդիչների արդյունաբերությունը թեւակոխել է հետմուրի դարաշրջան, և առաջադեմ գործընթացներն այլևս կենտրոնացած չեն միայն վաֆլի արտադրության տեխնոլոգիական հանգույցների առաջխաղացման վրա, այլ աստիճանաբար վերածվում են փաթեթավորման առաջադեմ տեխնոլոգիայի: Փաթեթավորման առաջադեմ տեխնոլոգիան կարող է ոչ միայն բարելավել գործառույթները և բարձրացնել արտադրանքի արժեքը, այլ նաև արդյունավետորեն նվազեցնել արտադրության ծախսերը՝ դառնալով Մուրի օրենքը շարունակելու կարևոր ուղի: Մի կողմից, հիմնական մասնիկների տեխնոլոգիան օգտագործվում է բարդ համակարգերը բաժանելու մի քանի փաթեթավորման տեխնոլոգիաների, որոնք կարող են փաթեթավորվել տարասեռ և տարասեռ փաթեթավորմամբ: Մյուս կողմից, ինտեգրված համակարգի տեխնոլոգիան օգտագործվում է տարբեր նյութերի և կառուցվածքների սարքերի ինտեգրման համար, որն ունի յուրահատուկ ֆունկցիոնալ առավելություններ: Տարբեր նյութերի բազմաթիվ ֆունկցիաների և սարքերի ինտեգրումն իրականացվում է միկրոէլեկտրոնիկայի տեխնոլոգիայի կիրառմամբ, և իրականացվում է ինտեգրալ սխեմաներից ինտեգրալ համակարգերի զարգացումը:

 

Կիսահաղորդչային փաթեթավորումը չիպերի արտադրության մեկնարկային կետն է և կամուրջը չիպի ներքին աշխարհի և արտաքին համակարգի միջև: Ներկայումս կիսահաղորդիչների փաթեթավորման և փորձարկման ավանդական ընկերություններից բացի, կիսահաղորդչվաֆլիՁուլարանները, կիսահաղորդիչների նախագծման ընկերությունները և ինտեգրված բաղադրիչների ընկերությունները ակտիվորեն զարգացնում են առաջադեմ փաթեթավորման կամ հարակից հիմնական փաթեթավորման տեխնոլոգիաները:

 

Ավանդական փաթեթավորման տեխնոլոգիայի հիմնական գործընթացներն ենվաֆլինոսրացում, կտրում, կպչում, մետաղալարերի միացում, պլաստմասսե կնքում, էլեկտրալվացում, կողերի կտրում և ձուլում և այլն: Դրանց թվում, մածուկի միացման գործընթացը փաթեթավորման ամենաբարդ և կրիտիկական գործընթացներից մեկն է, և ձուլման գործընթացի սարքավորումները նույնպես մեկն են: կիսահաղորդչային փաթեթավորման ամենակարևոր հիմնական սարքավորումը և ամենաբարձր շուկայական արժեք ունեցող փաթեթավորման սարքավորումներից մեկն է: Թեև փաթեթավորման առաջադեմ տեխնոլոգիան օգտագործում է ճակատային գործընթացներ, ինչպիսիք են լիտոգրաֆիան, փորագրումը, մետաղացումը և հարթեցումը, փաթեթավորման ամենակարևոր գործընթացը դեռևս մնում է մածուկի միացման գործընթացը:

 

2 Կիսահաղորդչային ձողերի միացման գործընթաց

2.1 Ընդհանուր ակնարկ

Ձողերի միացման գործընթացը կոչվում է նաև չիպերի բեռնում, միջուկի բեռնում, միջուկի կպչում, չիպերի միացման գործընթաց և այլն: Մատաղի միացման գործընթացը ցույց է տրված Նկար 1-ում: Ընդհանուր առմամբ, միջուկի միացումը նշանակում է չիպը վաֆլիից վերցնելը եռակցման գլխիկի միջոցով: ներծծող վարդակ՝ օգտագործելով վակուում, և այն տեղադրիր կապարի շրջանակի կամ փաթեթավորման ենթաշերտի նշանակված հատվածի վրա՝ տեսողական առաջնորդությամբ, որպեսզի չիպը և բարձիկներն ամրացված և ամրացված են: Մատուռի միացման գործընթացի որակն ու արդյունավետությունը ուղղակիորեն կազդի մետաղալարերի հետագա միացման որակի և արդյունավետության վրա, հետևաբար, մետաղալարերի կապակցումը հիմնական տեխնոլոգիաներից մեկն է կիսահաղորդչային հետևի գործընթացում:

 

Կիսահաղորդչային արտադրանքի փաթեթավորման տարբեր պրոցեսների համար ներկայումս գոյություն ունեն վեց հիմնական տեխնոլոգիաներ՝ սոսինձի միացում, էվեկտիկական միացում, փափուկ զոդման միացում, արծաթի սինտրինգի միացում, տաք սեղմումով կապակցում և չիպային կապում: Չիպերի լավ կապակցման հասնելու համար անհրաժեշտ է այնպես անել, որ հիմնական գործընթացի տարրերը կոճակի միացման գործընթացում համագործակցեն միմյանց հետ, հիմնականում ներառյալ ձողերի միացման նյութերը, ջերմաստիճանը, ժամանակը, ճնշումը և այլ տարրեր:

 

2. 2 Կպչուն միացման գործընթաց

Սոսինձի կպչման ընթացքում որոշակի քանակությամբ սոսինձ պետք է քսել կապարի շրջանակի կամ փաթեթի հիմքի վրա, նախքան չիպը դնելը, այնուհետև կպչող գլխիկը վերցնում է չիպը, և մեքենայական տեսողության ուղղորդման միջոցով չիպը ճշգրտորեն տեղադրվում է կապի վրա: կապարի շրջանակի կամ փաթեթի ենթաշերտի դիրքը, որը պատված է սոսինձով, և կպչող սարքի գլխի միջով չիպի վրա կիրառվում է որոշակի կպչող ուժ՝ ձևավորելով կպչուն շերտ չիպի և չիպի միջև: կապարի շրջանակ կամ փաթեթի ենթաշերտ, որպեսզի հասնենք չիպը կապելու, տեղադրելու և ամրացնելու նպատակին: Այս ձողերի միացման գործընթացը կոչվում է նաև սոսինձի միացման գործընթաց, քանի որ սոսինձը պետք է կիրառվի մեռնող կապող մեքենայի դիմաց:

 

Սովորաբար օգտագործվող սոսինձները ներառում են կիսահաղորդչային նյութեր, ինչպիսիք են էպոքսիդային խեժը և հաղորդիչ արծաթի մածուկը: Կպչուն կապը կիսահաղորդչային չիպերի կպչունության ամենալայն օգտագործվող գործընթացն է, քանի որ գործընթացը համեմատաբար պարզ է, արժեքը ցածր է, և կարող են օգտագործվել մի շարք նյութեր:

 

2.3 Էվեկտիկական կապի գործընթաց

Էվեկտիկական կապի ժամանակ էվեկտիկական կապող նյութը սովորաբար նախապես կիրառվում է չիպի ներքևի մասում կամ կապարի շրջանակի վրա: Էվեկտիկական կապող սարքավորումը վերցնում է չիպը և առաջնորդվում է մեքենայական տեսողության համակարգով, որպեսզի ճշգրիտ տեղադրի չիպը կապարի շրջանակի համապատասխան միացման դիրքում: Չիպը և կապարի շրջանակը տաքացման և ճնշման համակցված գործողության ներքո ստեղծում են էվեկտիկական կապող միջերես չիպի և փաթեթի ենթաշերտի միջև: Էվեկտիկական կապի գործընթացը հաճախ օգտագործվում է կապարի շրջանակի և կերամիկական ենթաշերտի փաթեթավորման մեջ:

 

Էվեկտիկական կապող նյութերը սովորաբար խառնվում են երկու նյութերով որոշակի ջերմաստիճանում: Սովորաբար օգտագործվող նյութերը ներառում են ոսկի և անագ, ոսկի և սիլիցիում և այլն: Էվեկտիկական կապի գործընթացն օգտագործելիս ուղու փոխանցման մոդուլը, որտեղ գտնվում է կապարի շրջանակը, նախապես տաքացնում է շրջանակը: Էվեկտիկական կապի գործընթացի իրականացման բանալին այն է, որ էվեկտիկական կապող նյութը կարող է հալվել երկու բաղադրիչ նյութերի հալման կետից շատ ցածր ջերմաստիճանում և կապ ստեղծել: Էվեկտիկական միացման գործընթացում շրջանակի օքսիդացումը կանխելու համար, էվեկտիկական կապի գործընթացը նաև հաճախ օգտագործում է պաշտպանիչ գազեր, ինչպիսիք են ջրածինը և ազոտը խառնված գազերը, որոնք մուտքագրվում են ուղու մեջ՝ կապարի շրջանակը պաշտպանելու համար:

 

2. 4 Փափուկ զոդման միացման գործընթաց

Փափուկ զոդման միացման ժամանակ, նախքան չիպը տեղադրելը, կապարի շրջանակի վրա միացման դիրքը թիթեղավորվում և սեղմվում է կամ կրկնակի թիթեղով, և կապարի շրջանակը պետք է տաքացվի ուղու մեջ: Փափուկ զոդման միացման գործընթացի առավելությունը լավ ջերմային հաղորդունակությունն է, իսկ թերությունն այն է, որ այն հեշտ է օքսիդացնել, և գործընթացը համեմատաբար բարդ է: Այն հարմար է էլեկտրական սարքերի կապարի շրջանակի փաթեթավորման համար, ինչպիսիք են տրանզիստորի ուրվագծային փաթեթավորումը:

 

2. 5 Արծաթի սինթրինգի միացման գործընթացը

Ներկայիս երրորդ սերնդի էլեկտրաէներգիայի կիսահաղորդչային չիպի համար առավել խոստումնալից կապակցման գործընթացը մետաղական մասնիկների սինթրման տեխնոլոգիայի օգտագործումն է, որը խառնում է պոլիմերներ, ինչպիսիք են էպոքսիդային խեժը, որը պատասխանատու է հաղորդիչ սոսինձի մեջ միացման համար: Այն ունի գերազանց էլեկտրական հաղորդունակություն, ջերմային հաղորդունակություն և բարձր ջերմաստիճանի սպասարկման բնութագրեր: Այն նաև կարևոր տեխնոլոգիա է վերջին տարիներին երրորդ սերնդի կիսահաղորդչային փաթեթավորման հետագա առաջընթացի համար:

 

2.6 Ջերմոկոմպրեսիոն միացման գործընթաց

Բարձր արդյունավետությամբ եռաչափ ինտեգրված սխեմաների փաթեթավորման կիրառման մեջ, չիպի փոխկապակցման մուտքի/ելքի բարձրության, բախման չափի և բարձրության շարունակական նվազման շնորհիվ, կիսահաղորդչային Intel ընկերությունը սկսել է ջերմային սեղմման միացման գործընթացը փոքր սկիպիդարների միացման առաջադեմ կիրառությունների համար՝ միացնելով փոքրիկներին: 40-ից 50 մկմ կամ նույնիսկ 10 մկմ բարձրությամբ չիպսեր: Ջերմոկոմպրեսիոն միացման գործընթացը հարմար է չիպից վաֆլի և չիպից սուբստրատ կիրառման համար: Որպես արագ բազմաքայլ գործընթաց, ջերմային սեղմման միացման գործընթացը բախվում է գործընթացի վերահսկման խնդիրներին, ինչպիսիք են անհավասար ջերմաստիճանը և փոքր ծավալի զոդի անվերահսկելի հալումը: Ջերմոկոմպրեսիոն միացման ժամանակ ջերմաստիճանը, ճնշումը, դիրքը և այլն պետք է համապատասխանեն վերահսկողության ճշգրիտ պահանջներին:

 

2.7 Շրջել չիպերի միացման գործընթացը

Շրջապատող չիպերի միացման գործընթացի սկզբունքը ներկայացված է Նկար 2-ում: Շրջելու մեխանիզմը վերցնում է չիպը վաֆլի միջից և շրջում այն ​​180°՝ չիպը տեղափոխելու համար: Զոդման գլխի վարդակը վերցնում է չիպը շրջելու մեխանիզմից, և չիպի բախման ուղղությունը դեպի ներքև է: Այն բանից հետո, երբ եռակցման գլխի վարդակը տեղափոխվում է փաթեթավորման հիմքի վերին մաս, այն շարժվում է դեպի ներքև, որպեսզի կապի և ամրացնի չիպը փաթեթավորման հիմքի վրա:

 

Flip chip փաթեթավորումը չիպերի փոխկապակցման առաջադեմ տեխնոլոգիա է և դարձել է առաջադեմ փաթեթավորման տեխնոլոգիայի զարգացման հիմնական ուղղությունը: Այն ունի բարձր խտության, բարձր կատարողականության, բարակ և կարճ բնութագրեր և կարող է բավարարել սպառողական էլեկտրոնային արտադրանքի զարգացման պահանջները, ինչպիսիք են սմարթֆոնները և պլանշետները: Շրջապատող չիպերի միացման գործընթացը նվազեցնում է փաթեթավորման արժեքը և կարող է իրականացնել կուտակված չիպսեր և եռաչափ փաթեթավորում: Այն լայնորեն օգտագործվում է փաթեթավորման տեխնոլոգիաների ոլորտներում, ինչպիսիք են 2.5D/3D ինտեգրված փաթեթավորումը, վաֆլի մակարդակի փաթեթավորումը և համակարգի մակարդակի փաթեթավորումը: Flip chip-ի միացման գործընթացը ամենալայն կիրառվող և ամենալայն կիրառվող պինդ ձողերի միացման գործընթացն է առաջադեմ փաթեթավորման տեխնոլոգիայի մեջ: