Studie zu HalbleiterchipsBonding-Prozess, einschließlich Klebebondverfahren, eutektisches Bondingverfahren, Weichlotbondverfahren, Silbersinterbondverfahren, Heißpressbondverfahren, Flip-Chip-Bondingverfahren. Die Typen und wichtigen technischen Indikatoren von Halbleiter-Die-Bonding-Geräten werden vorgestellt, der Entwicklungsstatus analysiert und der Entwicklungstrend prognostiziert.
1 Überblick über die Halbleiterindustrie und Verpackung
Die Halbleiterindustrie umfasst insbesondere Upstream-Halbleitermaterialien und -ausrüstung, Midstream-Halbleiterfertigung und Downstream-Anwendungen. Die Halbleiterindustrie meines Landes begann spät, aber nach fast zehn Jahren rasanter Entwicklung hat sich mein Land zum weltweit größten Verbrauchermarkt für Halbleiterprodukte und zum weltweit größten Markt für Halbleiterausrüstung entwickelt. Die Halbleiterindustrie hat sich rasant weiterentwickelt und umfasst eine Gerätegeneration, eine Prozessgeneration und eine Produktgeneration. Die Forschung zu Halbleiterprozessen und -geräten ist die zentrale Triebkraft für den kontinuierlichen Fortschritt der Branche und die Garantie für die Industrialisierung und Massenproduktion von Halbleiterprodukten.
Die Entwicklungsgeschichte der Halbleiter-Packaging-Technologie ist die Geschichte der kontinuierlichen Verbesserung der Chipleistung und der kontinuierlichen Miniaturisierung von Systemen. Die interne treibende Kraft der Verpackungstechnologie hat sich vom Bereich der High-End-Smartphones hin zu Bereichen wie Hochleistungsrechnen und künstlicher Intelligenz entwickelt. Die vier Phasen der Entwicklung der Halbleiter-Packaging-Technologie sind in Tabelle 1 dargestellt.
Während sich die Prozessknoten der Halbleiterlithographie in Richtung 10 nm, 7 nm, 5 nm, 3 nm und 2 nm bewegen, steigen die F&E- und Produktionskosten weiter, die Ausbeute sinkt und das Mooresche Gesetz verlangsamt sich. Aus der Perspektive industrieller Entwicklungstrends, die derzeit durch die physikalischen Grenzen der Transistordichte und den enormen Anstieg der Herstellungskosten eingeschränkt werden, entwickelt sich die Verpackung in Richtung Miniaturisierung, hoher Dichte, hoher Leistung, hoher Geschwindigkeit, hoher Frequenz und hoher Integration. Die Halbleiterindustrie ist in die Post-Moore-Ära eingetreten, und fortschrittliche Prozesse konzentrieren sich nicht mehr nur auf die Weiterentwicklung der Wafer-Herstellungstechnologieknoten, sondern wenden sich schrittweise der fortschrittlichen Verpackungstechnologie zu. Fortschrittliche Verpackungstechnologie kann nicht nur die Funktionen verbessern und den Produktwert steigern, sondern auch die Herstellungskosten wirksam senken und wird so zu einem wichtigen Weg zur Fortführung des Mooreschen Gesetzes. Einerseits dient die Kernpartikeltechnologie der Aufspaltung komplexer Systeme in mehrere Verpackungstechnologien, die in heterogenen und heterogenen Verpackungen verpackt werden können. Andererseits dient die integrierte Systemtechnik der Integration von Geräten unterschiedlicher Materialien und Strukturen, was einzigartige funktionale Vorteile mit sich bringt. Die Integration mehrerer Funktionen und Geräte aus unterschiedlichen Materialien wird durch den Einsatz mikroelektronischer Technologie realisiert und die Entwicklung von integrierten Schaltkreisen zu integrierten Systemen verwirklicht.
Halbleiterverpackungen sind der Ausgangspunkt für die Chipproduktion und eine Brücke zwischen der inneren Welt des Chips und dem externen System. Derzeit gibt es neben den traditionellen Halbleiter-Verpackungs- und Testunternehmen auch HalbleiterWaferGießereien, Halbleiterdesignunternehmen und Unternehmen für integrierte Komponenten entwickeln aktiv fortschrittliche Verpackungen oder verwandte wichtige Verpackungstechnologien.
Die Hauptprozesse der traditionellen Verpackungstechnik sindWaferAusdünnen, Schneiden, Die-Bonding, Drahtbonden, Kunststoffversiegelung, Galvanisieren, Rippenschneiden und -formen usw. Unter diesen ist der Die-Bonding-Prozess einer der komplexesten und kritischsten Verpackungsprozesse, und die Ausrüstung für den Die-Bonding-Prozess ist auch einer davon Die kritischste Kernausrüstung in der Halbleiterverpackung und eine der Verpackungsausrüstungen mit dem höchsten Marktwert. Obwohl die fortschrittliche Verpackungstechnologie Front-End-Prozesse wie Lithographie, Ätzen, Metallisierung und Planarisierung verwendet, ist der Die-Bonding-Prozess immer noch der wichtigste Verpackungsprozess.
2 Halbleiter-Die-Bonding-Prozess
2.1 Übersicht
Der Die-Bonding-Prozess wird auch als Chip-Loading, Core-Loading, Die-Bonding, Chip-Bonding-Prozess usw. bezeichnet. Der Die-Bonding-Prozess ist in Abbildung 1 dargestellt. Im Allgemeinen besteht der Die-Bonding darin, den Chip mit einem Schweißkopf vom Wafer aufzunehmen Saugdüse mittels Vakuum ansaugen und unter visueller Führung auf dem vorgesehenen Pad-Bereich des Leadframes oder Verpackungssubstrats platzieren, so dass Chip und Pad miteinander verbunden und fixiert werden. Die Qualität und Effizienz des Die-Bonding-Prozesses wirkt sich direkt auf die Qualität und Effizienz des nachfolgenden Drahtbondens aus. Daher ist Das-Bonden eine der Schlüsseltechnologien im Halbleiter-Backend-Prozess.
Für verschiedene Verpackungsprozesse von Halbleiterprodukten gibt es derzeit sechs Haupttechnologien für Die-Bonding-Prozesse: Klebebonden, eutektisches Bonden, Weichlotbonden, Silbersinterbonden, Heißpressbonden und Flip-Chip-Bonden. Um eine gute Chip-Bondung zu erreichen, ist es notwendig, dass die wichtigsten Prozesselemente im Die-Bonding-Prozess zusammenarbeiten, hauptsächlich einschließlich Die-Bond-Materialien, Temperatur, Zeit, Druck und andere Elemente.
2. 2 Klebevorgang
Beim Kleben muss vor der Platzierung des Chips eine bestimmte Menge Klebstoff auf den Leiterrahmen oder das Gehäusesubstrat aufgetragen werden. Anschließend nimmt der Chip-Bonding-Kopf den Chip auf, und mithilfe der Bildverarbeitungsführung wird der Chip präzise auf der Klebestelle platziert Position des mit Klebstoff beschichteten Leadframes oder Package-Substrats, und durch den Die-Bond-Maschinenkopf wird eine bestimmte Die-Bond-Kraft auf den Chip ausgeübt, wodurch eine Klebeschicht zwischen dem Chip und dem Lead-Frame oder Package-Substrat gebildet wird, um dies zu erreichen Zweck des Bondens, Installierens und Fixierens des Chips. Dieses Die-Bonding-Verfahren wird auch Klebe-Bonding-Verfahren genannt, da der Klebstoff vor der Die-Bonding-Maschine aufgetragen werden muss.
Zu den häufig verwendeten Klebstoffen gehören Halbleitermaterialien wie Epoxidharz und leitfähige Silberpaste. Das Klebebonden ist das am weitesten verbreitete Verfahren zum Bonden von Halbleiterchips, da das Verfahren relativ einfach, die Kosten niedrig und eine Vielzahl von Materialien einsetzbar ist.
2.3 Eutektischer Bindungsprozess
Beim eutektischen Bonden wird eutektisches Bondmaterial im Allgemeinen vorab auf die Unterseite des Chips oder des Leiterrahmens aufgetragen. Die eutektische Bondausrüstung nimmt den Chip auf und wird vom Bildverarbeitungssystem geführt, um den Chip genau an der entsprechenden Bondposition des Leadframes zu platzieren. Der Chip und der Leiterrahmen bilden unter der kombinierten Wirkung von Erwärmung und Druck eine eutektische Verbindungsschnittstelle zwischen dem Chip und dem Gehäusesubstrat. Der eutektische Bondprozess wird häufig bei der Verpackung von Leadframes und Keramiksubstraten eingesetzt.
Eutektische Verbindungsmaterialien werden im Allgemeinen bei einer bestimmten Temperatur von zwei Materialien vermischt. Zu den häufig verwendeten Materialien gehören Gold und Zinn, Gold und Silizium usw. Bei Verwendung des eutektischen Bondverfahrens wärmt das Spurübertragungsmodul, in dem sich der Leiterrahmen befindet, den Rahmen vor. Der Schlüssel zur Verwirklichung des eutektischen Bindungsprozesses besteht darin, dass das eutektische Bindungsmaterial bei einer Temperatur weit unter dem Schmelzpunkt der beiden Bestandteile schmelzen kann, um eine Verbindung zu bilden. Um zu verhindern, dass der Rahmen während des eutektischen Bondprozesses oxidiert, werden beim eutektischen Bondprozess häufig auch Schutzgase wie Wasserstoff- und Stickstoffmischgas verwendet, die zum Schutz des Leiterrahmens in die Leiterbahn eingeleitet werden.
2. 4 Weichlot-Bonding-Prozess
Beim Weichlöten wird vor dem Platzieren des Chips die Bondstelle auf dem Leadframe verzinnt und verpresst oder doppelt verzinnt, und der Leadframe muss in der Leiterbahn erhitzt werden. Der Vorteil des Weichlot-Verbindungsverfahrens ist eine gute Wärmeleitfähigkeit, der Nachteil besteht darin, dass es leicht oxidiert und der Prozess relativ kompliziert ist. Es eignet sich für die Lead-Frame-Verpackung von Leistungsgeräten, beispielsweise für Transistor-Umrissverpackungen.
2. 5 Silber-Sinter-Bonding-Prozess
Das vielversprechendste Verbindungsverfahren für den aktuellen Leistungshalbleiterchip der dritten Generation ist die Verwendung der Metallpartikel-Sintertechnologie, bei der Polymere wie Epoxidharz, die für die Verbindung verantwortlich sind, in den leitfähigen Kleber eingemischt werden. Es verfügt über eine ausgezeichnete elektrische Leitfähigkeit, Wärmeleitfähigkeit und Hochtemperatur-Einsatzeigenschaften. Es ist auch eine Schlüsseltechnologie für weitere Durchbrüche bei der Halbleiterverpackung der dritten Generation in den letzten Jahren.
2.6 Thermokompressions-Bonding-Prozess
Bei der Verpackungsanwendung von leistungsstarken dreidimensionalen integrierten Schaltkreisen hat das Halbleiterunternehmen Intel aufgrund der kontinuierlichen Reduzierung des Eingangs-/Ausgangsabstands, der Bump-Größe und des Abstands der Chip-Verbindungen einen Thermokompressions-Bonding-Prozess für fortschrittliche Bonding-Anwendungen mit kleinem Abstand eingeführt, der winzige Bonding-Anwendungen ermöglicht Bump-Chips mit einem Pitch von 40 bis 50 μm oder sogar 10 μm. Der Thermokompressions-Bonding-Prozess eignet sich für Chip-zu-Wafer- und Chip-zu-Substrat-Anwendungen. Da es sich um einen schnellen, mehrstufigen Prozess handelt, steht der Thermokompressionsbondprozess vor Herausforderungen hinsichtlich der Prozesssteuerung, wie z. B. ungleichmäßiger Temperatur und unkontrollierbarem Schmelzen kleiner Lotmengen. Beim Thermokompressionsbonden müssen Temperatur, Druck, Position usw. genaue Kontrollanforderungen erfüllen.
2.7 Flip-Chip-Bonding-Prozess
Das Prinzip des Flip-Chip-Bonding-Prozesses ist in Abbildung 2 dargestellt. Der Flip-Mechanismus nimmt den Chip vom Wafer auf und dreht ihn um 180°, um den Chip zu übertragen. Die Lötkopfdüse nimmt den Chip vom Klappmechanismus auf und die Höckerrichtung des Chips ist nach unten gerichtet. Nachdem sich die Schweißkopfdüse zur Oberseite des Verpackungssubstrats bewegt hat, bewegt sie sich nach unten, um den Chip auf dem Verpackungssubstrat zu verbinden und zu fixieren.
Flip-Chip-Verpackung ist eine fortschrittliche Chip-Verbindungstechnologie und hat sich zur Hauptentwicklungsrichtung der fortschrittlichen Verpackungstechnologie entwickelt. Es zeichnet sich durch hohe Dichte, hohe Leistung, dünne und kurze Eigenschaften aus und kann die Entwicklungsanforderungen von Unterhaltungselektronikprodukten wie Smartphones und Tablets erfüllen. Der Flip-Chip-Bonding-Prozess senkt die Verpackungskosten und ermöglicht die Realisierung gestapelter Chips und dreidimensionaler Verpackungen. Es wird häufig in Bereichen der Verpackungstechnologie wie der integrierten 2,5D/3D-Verpackung, der Verpackung auf Waferebene und der Verpackung auf Systemebene eingesetzt. Das Flip-Chip-Bonding-Verfahren ist das am weitesten verbreitete und am weitesten verbreitete Solid-Die-Bonding-Verfahren in der fortschrittlichen Verpackungstechnologie.
Zeitpunkt der Veröffentlichung: 18. November 2024