अर्धचालक मर बन्धन प्रक्रिया र उपकरणमा अनुसन्धान

अर्धचालक मरेको अध्ययनबन्धन प्रक्रिया, टाँस्ने बन्धन प्रक्रिया, eutectic बन्धन प्रक्रिया, सफ्ट सोल्डर बन्धन प्रक्रिया, सिल्भर सिंटरिङ बन्धन प्रक्रिया, तातो प्रेस बन्धन प्रक्रिया, फ्लिप चिप बन्डिङ प्रक्रिया सहित। सेमीकन्डक्टर डाइ बन्डिङ उपकरणका प्रकारहरू र महत्त्वपूर्ण प्राविधिक सूचकहरू प्रस्तुत गरिन्छ, विकास स्थिति विश्लेषण गरिन्छ, र विकास प्रवृतिको सम्भावना हुन्छ।

 

1 अर्धचालक उद्योग र प्याकेजिङ्ग को सिंहावलोकन

सेमीकन्डक्टर उद्योगले विशेष गरी अपस्ट्रिम सेमीकन्डक्टर सामग्री र उपकरणहरू, मिडस्ट्रीम सेमीकन्डक्टर निर्माण, र डाउनस्ट्रीम अनुप्रयोगहरू समावेश गर्दछ। मेरो देशको अर्धचालक उद्योग ढिलो सुरु भयो, तर लगभग दश वर्षको द्रुत विकास पछि, मेरो देश विश्वको सबैभन्दा ठूलो अर्धचालक उत्पादन उपभोक्ता बजार र विश्वको सबैभन्दा ठूलो सेमीकन्डक्टर उपकरण बजार भएको छ। सेमीकन्डक्टर उद्योग उपकरणको एक पुस्ता, प्रक्रियाको एक पुस्ता, र उत्पादनहरूको एक पुस्ताको मोडमा द्रुत रूपमा विकास भइरहेको छ। सेमीकन्डक्टर प्रक्रिया र उपकरणहरूमा अनुसन्धान उद्योगको निरन्तर प्रगति र अर्धचालक उत्पादनहरूको औद्योगिकीकरण र ठूलो उत्पादनको ग्यारेन्टीको लागि मुख्य चालक शक्ति हो।

 

सेमीकन्डक्टर प्याकेजिङ्ग टेक्नोलोजीको विकास इतिहास चिप प्रदर्शनको निरन्तर सुधार र प्रणालीहरूको निरन्तर लघुकरणको इतिहास हो। प्याकेजिङ टेक्नोलोजीको आन्तरिक ड्राइभिङ फोर्स उच्च-अन्त स्मार्टफोनको क्षेत्रबाट उच्च प्रदर्शन कम्प्युटिङ र कृत्रिम बुद्धिमत्ता जस्ता क्षेत्रहरूमा विकसित भएको छ। अर्धचालक प्याकेजिङ्ग प्रविधिको विकासका चार चरणहरू तालिका १ मा देखाइएको छ।

अर्धचालक लिथोग्राफी प्रक्रिया नोडहरू 10 nm, 7 nm, 5 nm, 3 nm, र 2 nm तर्फ सर्दै जाँदा, R&D र उत्पादन लागत बढ्दै जान्छ, उपज दर घट्छ, र मूरको कानून सुस्त हुन्छ। ट्रान्जिस्टर घनत्वको भौतिक सीमा र निर्माण लागतमा भएको ठूलो वृद्धिले हाल सीमित रहेको औद्योगिक विकास प्रवृत्तिको परिप्रेक्ष्यमा, प्याकेजिङ्ग लघुकरण, उच्च घनत्व, उच्च प्रदर्शन, उच्च गति, उच्च आवृत्ति र उच्च एकीकरणको दिशामा विकास भइरहेको छ। सेमीकन्डक्टर उद्योगले पोस्ट-मूर युगमा प्रवेश गरेको छ, र उन्नत प्रक्रियाहरू अब वेफर उत्पादन टेक्नोलोजी नोडहरूको उन्नतिमा मात्र केन्द्रित छैनन्, तर बिस्तारै उन्नत प्याकेजिङ टेक्नोलोजीमा फर्कन्छन्। उन्नत प्याकेजिङ टेक्नोलोजीले कार्यहरू सुधार गर्न र उत्पादन मूल्य बढाउन मात्र होइन, तर प्रभावकारी रूपमा उत्पादन लागत घटाउन सक्छ, मूरको कानून जारी राख्नको लागि महत्त्वपूर्ण मार्ग बन्न सक्छ। एकातिर, कोर पार्टिकल टेक्नोलोजी जटिल प्रणालीहरूलाई धेरै प्याकेजिङ टेक्नोलोजीहरूमा विभाजन गर्न प्रयोग गरिन्छ जुन विषम र विषम प्याकेजिङ्गमा प्याकेज गर्न सकिन्छ। अर्कोतर्फ, एकीकृत प्रणाली टेक्नोलोजी विभिन्न सामग्री र संरचनाहरूको उपकरणहरू एकीकृत गर्न प्रयोग गरिन्छ, जसमा अद्वितीय कार्यात्मक फाइदाहरू छन्। माइक्रोइलेक्ट्रोनिक्स टेक्नोलोजी प्रयोग गरेर धेरै प्रकार्यहरू र विभिन्न सामग्रीका यन्त्रहरूको एकीकरण महसुस गरिन्छ, र एकीकृत सर्किटहरूबाट एकीकृत प्रणालीहरूमा विकास भएको महसुस हुन्छ।

 

सेमीकन्डक्टर प्याकेजिङ्ग चिप उत्पादनको लागि सुरूवात बिन्दु हो र चिपको आन्तरिक संसार र बाह्य प्रणाली बीचको पुल हो। वर्तमानमा, परम्परागत अर्धचालक प्याकेजिङ्ग र परीक्षण कम्पनीहरु को अतिरिक्त, अर्धचालकवेफरफाउन्ड्रीहरू, सेमीकन्डक्टर डिजाइन कम्पनीहरू, र एकीकृत कम्पोनेन्ट कम्पनीहरूले सक्रिय रूपमा उन्नत प्याकेजिङ्ग वा सम्बन्धित कुञ्जी प्याकेजिङ प्रविधिहरू विकास गर्दैछन्।

 

परम्परागत प्याकेजिङ्ग प्रविधिको मुख्य प्रक्रियाहरू हुन्वेफरपातलो, काट्ने, डाइ बन्डिङ, तार बन्धन, प्लास्टिक सील, इलेक्ट्रोप्लेटिंग, रिब काट्ने र मोल्डिंग, आदि। ती मध्ये, डाइ बन्डिङ प्रक्रिया सबैभन्दा जटिल र महत्वपूर्ण प्याकेजिङ प्रक्रियाहरू मध्ये एक हो, र डाइ बन्डिङ प्रक्रिया उपकरण पनि एक हो। अर्धचालक प्याकेजिङ्गमा सबैभन्दा महत्वपूर्ण कोर उपकरण, र उच्चतम बजार मूल्य संग प्याकेजिङ उपकरण मध्ये एक हो। यद्यपि उन्नत प्याकेजिङ प्रविधिले लिथोग्राफी, नक्काशी, धातुकरण, र प्लानराइजेसन जस्ता फ्रन्ट-एन्ड प्रक्रियाहरू प्रयोग गर्दछ, सबैभन्दा महत्त्वपूर्ण प्याकेजिङ्ग प्रक्रिया अझै पनि डाइ बन्डिङ प्रक्रिया हो।

 

2 अर्धचालक मर बन्धन प्रक्रिया

2.1 अवलोकन

डाइ बन्डिङ प्रक्रियालाई चिप लोडिङ, कोर लोडिङ, डाइ बन्डिङ, चिप बन्डिङ प्रक्रिया आदि पनि भनिन्छ। डाइ बन्डिङ प्रक्रियालाई चित्र १ मा देखाइएको छ। सामान्यतया डाइ बन्डिङ भनेको वेल्डिङ हेड प्रयोग गरेर वेफरबाट चिप उठाउनु हो। भ्याकुम प्रयोग गरेर सक्शन नोजल, र यसलाई लिड फ्रेम वा प्याकेजिङ सब्सट्रेटको निर्दिष्ट प्याड क्षेत्रमा राख्नुहोस् भिजुअल निर्देशन अन्तर्गत, ताकि चिप र प्याड बन्धन र स्थिर छन्। डाइ बन्डिङ प्रक्रियाको गुणस्तर र दक्षताले सिधै पछिको तार बन्धनको गुणस्तर र दक्षतालाई असर गर्नेछ, त्यसैले डाइ बन्डिङ सेमीकन्डक्टर ब्याक-एन्ड प्रक्रियामा प्रमुख प्रविधिहरू मध्ये एक हो।

 

विभिन्न सेमीकन्डक्टर उत्पादन प्याकेजिङ प्रक्रियाहरूको लागि, हाल छवटा मुख्य डाइ बन्डिङ प्रक्रिया प्रविधिहरू छन्, जस्तै टाँस्ने बन्धन, युटेटिक बन्डिङ, सफ्ट सोल्डर बन्डिङ, सिल्भर सिन्टरिङ बन्डिङ, हट प्रेसिङ बन्डिङ, र फ्लिप-चिप बन्डिङ। राम्रो चिप बन्धन प्राप्त गर्न, यो आवश्यक छ कि डाई बन्डिंग प्रक्रियामा मुख्य प्रक्रिया तत्वहरूलाई एक अर्कासँग सहयोग गर्न आवश्यक छ, मुख्यतया डाइ बन्डिंग सामग्री, तापमान, समय, दबाब र अन्य तत्वहरू सहित।

 

2. 2 टाँस्ने बन्धन प्रक्रिया

टाँस्ने बन्धनको समयमा, चिप राख्नु अघि लिड फ्रेम वा प्याकेज सब्सट्रेटमा टाँस्ने एक निश्चित मात्रा लागू गर्न आवश्यक छ, र त्यसपछि डाइ बन्डिङ हेडले चिप उठाउँछ, र मेसिन भिजन निर्देशन मार्फत, चिप सही रूपमा बन्डिङमा राखिएको छ। टाँसिएको लिड फ्रेम वा प्याकेज सब्सट्रेटको स्थिति, र एक निश्चित डाइ बन्डिङ बल चिपमा डाय मार्फत लागू गरिन्छ। बन्डिङ मेसिन हेड, चिप र लिड फ्रेम वा प्याकेज सब्सट्रेटको बीचमा टाँसेको तह बनाउँदै, चिपलाई बन्डिङ, स्थापना र फिक्सिङको उद्देश्य प्राप्त गर्न। यस डाइ बन्डिङ प्रक्रियालाई ग्लु बन्डिङ प्रक्रिया पनि भनिन्छ किनभने डाइ बन्डिङ मेसिनको अगाडि टाँस्ने आवश्यक हुन्छ।

 

सामान्यतया प्रयोग हुने टाँस्ने पदार्थहरूमा इपोक्सी राल र प्रवाहकीय चाँदीको पेस्ट जस्ता अर्धचालक सामग्रीहरू समावेश हुन्छन्। चिपकने बन्धन सबैभन्दा व्यापक रूपमा प्रयोग गरिएको सेमीकन्डक्टर चिप डाइ बन्डिङ प्रक्रिया हो किनभने प्रक्रिया अपेक्षाकृत सरल छ, लागत कम छ, र विभिन्न प्रकारका सामग्रीहरू प्रयोग गर्न सकिन्छ।

 

2.3 Eutectic बन्धन प्रक्रिया

eutectic बन्धनको समयमा, eutectic बन्धन सामग्री सामान्यतया चिप वा लिड फ्रेमको तलमा पूर्व-लागू हुन्छ। eutectic बन्धन उपकरणले चिप उठाउँछ र मेशिन भिजन प्रणालीद्वारा निर्देशित हुन्छ कि चिपलाई लीड फ्रेमको सम्बन्धित बन्डिङ स्थितिमा सही रूपमा राख्नको लागि। चिप र लिड फ्रेमले तताउने र दबाबको संयुक्त कार्य अन्तर्गत चिप र प्याकेज सब्सट्रेटको बीचमा युटेटिक बन्डिङ इन्टरफेस बनाउँछ। eutectic बन्धन प्रक्रिया अक्सर नेतृत्व फ्रेम र सिरेमिक सब्सट्रेट प्याकेजिङ्ग मा प्रयोग गरिन्छ।

 

Eutectic बन्धन सामग्री सामान्यतया एक निश्चित तापमान मा दुई सामग्री द्वारा मिश्रित छन्। सामान्य रूपमा प्रयोग हुने सामग्रीहरूमा सुन र टिन, सुन र सिलिकन, इत्यादि समावेश हुन्छन्। युटेटिक बन्डिङ प्रक्रिया प्रयोग गर्दा, ट्र्याक ट्रान्समिशन मोड्युल जहाँ लीड फ्रेम अवस्थित हुन्छ फ्रेमलाई पूर्व-तातो गर्नेछ। eutectic बन्धन प्रक्रिया को प्राप्ति को लागि कुञ्जी यो हो कि eutectic बन्धन सामाग्री एक बन्धन बनाउन को लागी दुई घटक सामाग्री को पिघलने बिन्दु भन्दा तल एक तापमान मा पग्लन सक्छ। युटेटिक बन्धन प्रक्रियाको क्रममा फ्रेमलाई अक्सिडाइज हुनबाट रोक्नको लागि, युटेटिक बन्धन प्रक्रियाले प्रायः सुरक्षात्मक ग्यासहरू जस्तै हाइड्रोजन र नाइट्रोजन मिश्रित ग्यासहरू ट्र्याकमा लिड फ्रेमको सुरक्षाको लागि इनपुट गर्न प्रयोग गर्दछ।

 

2. 4 नरम मिलाप बन्धन प्रक्रिया

सफ्ट सोल्डर बन्डिङ गर्दा, चिप राख्नु अघि, लिड फ्रेममा बन्डिङ स्थिति टिन र थिचिएको छ, वा डबल टिन गरिएको छ, र लिड फ्रेम ट्र्याकमा तताउन आवश्यक छ। नरम सोल्डर बन्धन प्रक्रियाको फाइदा राम्रो थर्मल चालकता हो, र बेफाइदा यो अक्सिडाइज गर्न सजिलो छ र प्रक्रिया अपेक्षाकृत जटिल छ। यो पावर उपकरणहरूको नेतृत्व फ्रेम प्याकेजिङको लागि उपयुक्त छ, जस्तै ट्रान्जिस्टर रूपरेखा प्याकेजिङ।

 

2. 5 सिल्वर सिंटरिङ बन्डिङ प्रक्रिया

हालको तेस्रो-पुस्ता पावर सेमीकन्डक्टर चिपको लागि सबैभन्दा आशाजनक बन्धन प्रक्रिया धातु कण सिंटरिङ टेक्नोलोजीको प्रयोग हो, जसले कन्डक्टिभ ग्लुमा जडानको लागि जिम्मेवार इपोक्सी राल जस्ता पोलिमरहरू मिक्स गर्दछ। यसमा उत्कृष्ट विद्युत चालकता, थर्मल चालकता, र उच्च-तापमान सेवा विशेषताहरू छन्। हालैका वर्षहरूमा तेस्रो-पुस्ताको अर्धचालक प्याकेजिङ्गमा थप सफलताहरूको लागि यो एक प्रमुख प्रविधि हो।

 

2.6 थर्मोकम्प्रेसन बन्धन प्रक्रिया

उच्च प्रदर्शन त्रि-आयामी एकीकृत सर्किटहरूको प्याकेजिङ्ग अनुप्रयोगमा, चिप इन्टरकनेक्ट इनपुट/आउटपुट पिच, बम्प साइज र पिचको निरन्तर कमीको कारण, सेमीकन्डक्टर कम्पनी इन्टेलले उन्नत सानो पिच बन्धन अनुप्रयोगहरूको लागि थर्मोकम्प्रेसन बन्डिङ प्रक्रिया सुरु गरेको छ, बन्डिङ सानो। 40 देखि 50 μm वा सो सम्मको पिचसँग बम्प चिपहरू 10 μm। थर्मोकम्प्रेसन बन्धन प्रक्रिया चिप-देखि-वेफर र चिप-देखि-सब्सट्रेट अनुप्रयोगहरूको लागि उपयुक्त छ। द्रुत बहु-चरण प्रक्रियाको रूपमा, थर्मोकम्प्रेसन बन्धन प्रक्रियाले प्रक्रिया नियन्त्रण मुद्दाहरूमा चुनौतीहरूको सामना गर्दछ, जस्तै असमान तापक्रम र सानो भोल्युम सोल्डरको अनियन्त्रित पग्लने। थर्मोकम्प्रेसन बन्धनको समयमा, तापमान, दबाब, स्थिति, आदि सटीक नियन्त्रण आवश्यकताहरू पूरा गर्नुपर्छ।

 

2.7 फ्लिप चिप बन्धन प्रक्रिया

फ्लिप चिप बन्डिङ प्रक्रियाको सिद्धान्त चित्र २ मा देखाइएको छ। फ्लिप मेकानिजमले चिपलाई वेफरबाट उठाउँछ र चिपलाई स्थानान्तरण गर्न 180° फ्लिप गर्छ। सोल्डरिङ हेड नोजलले फ्लिप मेकानिज्मबाट चिप उठाउँछ, र चिपको बम्प दिशा तलतिर हुन्छ। वेल्डिङ हेड नोजल प्याकेजिङ सब्सट्रेटको शीर्षमा सरेपछि, यो बन्डमा तल सर्छ र प्याकेजिङ सब्सट्रेटमा चिप फिक्स गर्दछ।

 

फ्लिप चिप प्याकेजिङ एक उन्नत चिप इन्टरकनेक्शन टेक्नोलोजी हो र उन्नत प्याकेजिङ्ग प्रविधिको मुख्य विकास दिशा भएको छ। यसमा उच्च घनत्व, उच्च कार्यसम्पादन, पातलो र छोटो हुने विशेषताहरू छन् र यसले स्मार्टफोन र ट्याब्लेट जस्ता उपभोक्ता इलेक्ट्रोनिक उत्पादनहरूको विकास आवश्यकताहरू पूरा गर्न सक्छ। फ्लिप चिप बन्डिङ प्रक्रियाले प्याकेजिङ्ग लागत कम बनाउँछ र स्ट्याक्ड चिप्स र तीन-आयामी प्याकेजिङ्ग महसुस गर्न सक्छ। यो व्यापक रूपमा प्याकेजिङ टेक्नोलोजी क्षेत्रहरू जस्तै 2.5D/3D एकीकृत प्याकेजिङ्ग, वेफर-स्तर प्याकेजिङ्ग, र प्रणाली-स्तर प्याकेजिङ्गमा प्रयोग गरिन्छ। फ्लिप चिप बन्धन प्रक्रिया उन्नत प्याकेजिङ्ग टेक्नोलोजीमा सबैभन्दा व्यापक रूपमा प्रयोग गरिएको र सबैभन्दा व्यापक रूपमा प्रयोग हुने ठोस डाइ बन्डिङ प्रक्रिया हो।