Etude sur une puce semi-conductriceprocessus de liaison, y compris le processus de liaison adhésive, le processus de liaison eutectique, le processus de liaison par soudure douce, le processus de liaison par frittage d'argent, le processus de liaison par pressage à chaud, le processus de liaison par puce retournée. Les types et indicateurs techniques importants des équipements de liaison de puces à semi-conducteurs sont présentés, l’état de développement est analysé et la tendance de développement est prospectée.
1 Aperçu de l'industrie des semi-conducteurs et de l'emballage
L’industrie des semi-conducteurs comprend spécifiquement les matériaux et équipements semi-conducteurs en amont, la fabrication de semi-conducteurs intermédiaire et les applications en aval. L'industrie chinoise des semi-conducteurs a démarré tardivement, mais après près de dix ans de développement rapide, la Chine est devenue le plus grand marché de consommation de produits semi-conducteurs au monde et le plus grand marché mondial d'équipements semi-conducteurs. L'industrie des semi-conducteurs s'est développée rapidement sous la forme d'une génération d'équipements, d'une génération de processus et d'une génération de produits. La recherche sur les processus et équipements semi-conducteurs est la principale force motrice du progrès continu de l'industrie et la garantie de l'industrialisation et de la production de masse de produits semi-conducteurs.
L’histoire du développement de la technologie d’emballage des semi-conducteurs est l’histoire de l’amélioration continue des performances des puces et de la miniaturisation continue des systèmes. La force motrice interne de la technologie de l'emballage a évolué du domaine des smartphones haut de gamme vers des domaines tels que le calcul haute performance et l'intelligence artificielle. Les quatre étapes du développement de la technologie de conditionnement des semi-conducteurs sont présentées dans le tableau 1.
À mesure que les nœuds du processus de lithographie des semi-conducteurs évoluent vers 10 nm, 7 nm, 5 nm, 3 nm et 2 nm, les coûts de R&D et de production continuent d'augmenter, le taux de rendement diminue et la loi de Moore ralentit. Du point de vue des tendances de développement industriel, actuellement contraintes par les limites physiques de la densité des transistors et l’énorme augmentation des coûts de fabrication, l’emballage évolue dans le sens de la miniaturisation, de la haute densité, des hautes performances, de la haute vitesse, de la haute fréquence et de la haute intégration. L'industrie des semi-conducteurs est entrée dans l'ère post-Moore, et les processus avancés ne se concentrent plus uniquement sur l'avancement des nœuds technologiques de fabrication de plaquettes, mais se tournent progressivement vers une technologie d'emballage avancée. La technologie avancée de l'emballage peut non seulement améliorer les fonctions et augmenter la valeur du produit, mais également réduire efficacement les coûts de fabrication, devenant ainsi une voie importante pour poursuivre la loi de Moore. D'une part, la technologie de base des particules est utilisée pour diviser des systèmes complexes en plusieurs technologies d'emballage pouvant être conditionnées dans des emballages hétérogènes et hétérogènes. D'autre part, la technologie des systèmes intégrés est utilisée pour intégrer des dispositifs de différents matériaux et structures, ce qui présente des avantages fonctionnels uniques. L'intégration de multiples fonctions et dispositifs de différents matériaux est réalisée à l'aide de la technologie microélectronique, et le développement des circuits intégrés aux systèmes intégrés est réalisé.
L'emballage des semi-conducteurs est le point de départ de la production des puces et un pont entre le monde interne de la puce et le système externe. À l'heure actuelle, en plus des sociétés traditionnelles d'emballage et de test de semi-conducteurs, les sociétés de semi-conducteurstrancheles fonderies, les sociétés de conception de semi-conducteurs et les sociétés de composants intégrés développent activement des emballages avancés ou des technologies d'emballage clés connexes.
Les principaux processus de la technologie d'emballage traditionnelle sonttrancheamincissement, découpe, collage de matrices, collage de fils, scellage plastique, galvanoplastie, découpe et moulage de nervures, etc. Parmi eux, le processus de collage de matrices est l'un des processus d'emballage les plus complexes et les plus critiques, et l'équipement de processus de collage de matrices est également l'un des l'équipement de base le plus critique dans l'emballage des semi-conducteurs et l'un des équipements d'emballage ayant la valeur marchande la plus élevée. Bien que la technologie avancée d'emballage utilise des processus front-end tels que la lithographie, la gravure, la métallisation et la planarisation, le processus d'emballage le plus important reste le processus de collage par matrice.
2 Processus de liaison de puces à semi-conducteurs
2.1 Aperçu
Le processus de collage de puces est également appelé chargement de puces, chargement de noyau, collage de puces, processus de collage de puces, etc. Le processus de collage de puces est illustré à la figure 1. De manière générale, le collage de puces consiste à récupérer la puce de la tranche à l'aide d'une tête de soudage. buse d'aspiration à l'aide du vide et placez-la sur la zone de tampon désignée de la grille de connexion ou du substrat d'emballage sous guidage visuel, de sorte que la puce et le tampon soient liés et fixés. La qualité et l'efficacité du processus de collage de puces affecteront directement la qualité et l'efficacité du collage de fils ultérieur. Le collage de puces est donc l'une des technologies clés dans le processus back-end des semi-conducteurs.
Pour différents processus d'emballage de produits semi-conducteurs, il existe actuellement six technologies principales de processus de liaison de puces, à savoir la liaison adhésive, la liaison eutectique, la liaison par brasure tendre, la liaison par frittage d'argent, la liaison par pressage à chaud et la liaison par puce retournée. Pour obtenir une bonne liaison des puces, il est nécessaire de faire coopérer les éléments clés du processus de liaison des puces les uns avec les autres, notamment les matériaux de liaison des puces, la température, le temps, la pression et d'autres éléments.
2.2 Processus de collage
Lors du collage, une certaine quantité d'adhésif doit être appliquée sur la grille de connexion ou le substrat du boîtier avant de placer la puce, puis la tête de liaison de la puce récupère la puce et, grâce au guidage par vision industrielle, la puce est placée avec précision sur la liaison. position de la grille de connexion ou du substrat de boîtier recouvert d'adhésif, et une certaine force de liaison de puce est appliquée à la puce à travers la tête de machine de liaison de puce, formant une couche adhésive entre la puce et la grille de connexion ou le substrat de boîtier, de manière à obtenir la Objectif de liaison, d'installation et de fixation de la puce. Ce processus de collage est également appelé processus de collage car l'adhésif doit être appliqué devant la machine de collage.
Les adhésifs couramment utilisés comprennent des matériaux semi-conducteurs tels que la résine époxy et la pâte d'argent conductrice. Le collage est le processus de collage de puces semi-conductrices le plus largement utilisé car le processus est relativement simple, son coût est faible et une variété de matériaux peuvent être utilisés.
2.3 Processus de liaison eutectique
Lors de la liaison eutectique, le matériau de liaison eutectique est généralement pré-appliqué sur le bas de la puce ou sur la grille de connexion. L'équipement de liaison eutectique récupère la puce et est guidé par le système de vision industrielle pour placer avec précision la puce à la position de liaison correspondante de la grille de connexion. La puce et la grille de connexion forment une interface de liaison eutectique entre la puce et le substrat du boîtier sous l'action combinée du chauffage et de la pression. Le processus de liaison eutectique est souvent utilisé dans les emballages de grilles de connexion et de substrats céramiques.
Les matériaux de liaison eutectique sont généralement mélangés par deux matériaux à une certaine température. Les matériaux couramment utilisés comprennent l'or et l'étain, l'or et le silicium, etc. Lors de l'utilisation du processus de liaison eutectique, le module de transmission de piste où se trouve le cadre de connexion préchauffera le cadre. La clé de la réalisation du processus de liaison eutectique est que le matériau de liaison eutectique peut fondre à une température bien inférieure au point de fusion des deux matériaux constitutifs pour former une liaison. Afin d'empêcher l'oxydation du cadre pendant le processus de liaison eutectique, le processus de liaison eutectique utilise également souvent des gaz de protection tels qu'un mélange de gaz d'hydrogène et d'azote à introduire dans la piste pour protéger le cadre de connexion.
2. 4 Processus de liaison par soudure tendre
Lors d'une liaison par soudure tendre, avant de placer la puce, la position de liaison sur la grille de connexion est étamée et pressée, ou doublement étamée, et la grille de connexion doit être chauffée dans la piste. L'avantage du processus de soudure tendre est une bonne conductivité thermique, et l'inconvénient est qu'il est facile à oxyder et que le processus est relativement compliqué. Il convient au conditionnement de grilles de connexion de dispositifs électriques, tels que le conditionnement de contour de transistor.
2. 5 Processus de liaison par frittage d'argent
Le processus de liaison le plus prometteur pour les puces à semi-conducteurs de puissance de troisième génération actuelles est l'utilisation de la technologie de frittage de particules métalliques, qui mélange des polymères tels que la résine époxy responsable de la connexion dans la colle conductrice. Il présente d'excellentes caractéristiques de conductivité électrique, de conductivité thermique et de service à haute température. Il s’agit également d’une technologie clé pour de nouvelles percées dans le domaine du conditionnement des semi-conducteurs de troisième génération ces dernières années.
2.6 Processus de collage par thermocompression
Dans l'application de conditionnement de circuits intégrés tridimensionnels hautes performances, en raison de la réduction continue du pas d'entrée/sortie d'interconnexion des puces, de la taille et du pas des bosses, la société de semi-conducteurs Intel a lancé un processus de liaison par thermocompression pour les applications avancées de liaison à petit pas, liant de minuscules bump chips avec un pas de 40 à 50 μm voire 10 μm. Le processus de liaison par thermocompression convient aux applications puce-plaquette et puce-substrat. En tant que processus rapide en plusieurs étapes, le processus de collage par thermocompression est confronté à des problèmes de contrôle du processus, tels qu'une température inégale et une fusion incontrôlable de petits volumes de soudure. Lors du collage par thermocompression, la température, la pression, la position, etc. doivent répondre à des exigences de contrôle précises.
2.7 Processus de liaison par puce retournée
Le principe du processus de liaison de puce retournée est illustré à la figure 2. Le mécanisme de retournement récupère la puce de la tranche et la retourne à 180° pour la transférer. La buse de la tête de soudage récupère la puce du mécanisme de retournement et la direction du choc de la puce est vers le bas. Une fois que la buse de la tête de soudage s'est déplacée vers le haut du substrat d'emballage, elle descend pour coller et fixer la puce sur le substrat d'emballage.
L'emballage de puces retournées est une technologie avancée d'interconnexion de puces et est devenu la principale direction de développement de la technologie d'emballage avancée. Il présente les caractéristiques de haute densité, de haute performance, fin et court, et peut répondre aux exigences de développement des produits électroniques grand public tels que les smartphones et les tablettes. Le processus de liaison de puces retournées réduit le coût de l'emballage et permet de réaliser des puces empilées et un emballage tridimensionnel. Il est largement utilisé dans les domaines de la technologie d'emballage tels que l'emballage intégré 2,5D/3D, l'emballage au niveau de la tranche et l'emballage au niveau du système. Le processus de liaison par puce retournée est le processus de liaison par puce solide le plus largement utilisé et le plus largement utilisé dans la technologie d'emballage avancée.
Heure de publication : 18 novembre 2024