सेमीकंडक्टर डाई बॉन्डिंग प्रक्रिया और उपकरण पर अनुसंधान

सेमीकंडक्टर डाई पर अध्ययनजोड़ने की प्रक्रिया, जिसमें चिपकने वाली बॉन्डिंग प्रक्रिया, यूटेक्टिक बॉन्डिंग प्रक्रिया, सॉफ्ट सोल्डर बॉन्डिंग प्रक्रिया, सिल्वर सिंटरिंग बॉन्डिंग प्रक्रिया, हॉट प्रेसिंग बॉन्डिंग प्रक्रिया, फ्लिप चिप बॉन्डिंग प्रक्रिया शामिल है। सेमीकंडक्टर डाई बॉन्डिंग उपकरण के प्रकार और महत्वपूर्ण तकनीकी संकेतक पेश किए जाते हैं, विकास की स्थिति का विश्लेषण किया जाता है, और विकास की प्रवृत्ति की संभावना जताई जाती है।

 

1 सेमीकंडक्टर उद्योग और पैकेजिंग का अवलोकन

सेमीकंडक्टर उद्योग में विशेष रूप से अपस्ट्रीम सेमीकंडक्टर सामग्री और उपकरण, मिडस्ट्रीम सेमीकंडक्टर विनिर्माण और डाउनस्ट्रीम अनुप्रयोग शामिल हैं। मेरे देश का सेमीकंडक्टर उद्योग देर से शुरू हुआ, लेकिन लगभग दस वर्षों के तीव्र विकास के बाद, मेरा देश दुनिया का सबसे बड़ा सेमीकंडक्टर उत्पाद उपभोक्ता बाजार और दुनिया का सबसे बड़ा सेमीकंडक्टर उपकरण बाजार बन गया है। सेमीकंडक्टर उद्योग एक पीढ़ी के उपकरण, एक पीढ़ी की प्रक्रिया और एक पीढ़ी के उत्पादों के मोड में तेजी से विकसित हो रहा है। सेमीकंडक्टर प्रक्रिया और उपकरण पर अनुसंधान उद्योग की निरंतर प्रगति के लिए मुख्य प्रेरक शक्ति है और सेमीकंडक्टर उत्पादों के औद्योगीकरण और बड़े पैमाने पर उत्पादन की गारंटी है।

 

सेमीकंडक्टर पैकेजिंग तकनीक का विकास इतिहास चिप प्रदर्शन के निरंतर सुधार और सिस्टम के निरंतर लघुकरण का इतिहास है। पैकेजिंग तकनीक की आंतरिक प्रेरक शक्ति हाई-एंड स्मार्टफोन के क्षेत्र से लेकर उच्च-प्रदर्शन कंप्यूटिंग और कृत्रिम बुद्धिमत्ता जैसे क्षेत्रों तक विकसित हुई है। सेमीकंडक्टर पैकेजिंग प्रौद्योगिकी के विकास के चार चरण तालिका 1 में दिखाए गए हैं।

जैसे-जैसे सेमीकंडक्टर लिथोग्राफी प्रक्रिया नोड्स 10 एनएम, 7 एनएम, 5 एनएम, 3 एनएम और 2 एनएम की ओर बढ़ते हैं, आर एंड डी और उत्पादन लागत में वृद्धि जारी रहती है, उपज दर कम हो जाती है, और मूर का नियम धीमा हो जाता है। औद्योगिक विकास के रुझानों के परिप्रेक्ष्य से, वर्तमान में ट्रांजिस्टर घनत्व की भौतिक सीमाओं और विनिर्माण लागत में भारी वृद्धि से बाधित, पैकेजिंग लघुकरण, उच्च घनत्व, उच्च प्रदर्शन, उच्च गति, उच्च आवृत्ति और उच्च एकीकरण की दिशा में विकसित हो रही है। सेमीकंडक्टर उद्योग ने मूर के बाद के युग में प्रवेश किया है, और उन्नत प्रक्रियाएं अब केवल वेफर विनिर्माण प्रौद्योगिकी नोड्स की उन्नति पर केंद्रित नहीं हैं, बल्कि धीरे-धीरे उन्नत पैकेजिंग तकनीक की ओर मुड़ रही हैं। उन्नत पैकेजिंग तकनीक न केवल कार्यों में सुधार कर सकती है और उत्पाद मूल्य बढ़ा सकती है, बल्कि विनिर्माण लागत को भी प्रभावी ढंग से कम कर सकती है, जो मूर के नियम को जारी रखने का एक महत्वपूर्ण मार्ग बन गई है। एक ओर, कोर कण प्रौद्योगिकी का उपयोग जटिल प्रणालियों को कई पैकेजिंग प्रौद्योगिकियों में विभाजित करने के लिए किया जाता है जिन्हें विषम और विषम पैकेजिंग में पैक किया जा सकता है। दूसरी ओर, एकीकृत प्रणाली प्रौद्योगिकी का उपयोग विभिन्न सामग्रियों और संरचनाओं के उपकरणों को एकीकृत करने के लिए किया जाता है, जिसके अद्वितीय कार्यात्मक फायदे हैं। माइक्रोइलेक्ट्रॉनिक्स प्रौद्योगिकी का उपयोग करके विभिन्न सामग्रियों के कई कार्यों और उपकरणों के एकीकरण को साकार किया जाता है, और एकीकृत सर्किट से एकीकृत सिस्टम तक के विकास को साकार किया जाता है।

 

सेमीकंडक्टर पैकेजिंग चिप उत्पादीकरण के लिए शुरुआती बिंदु है और चिप की आंतरिक दुनिया और बाहरी सिस्टम के बीच एक पुल है। वर्तमान में, पारंपरिक सेमीकंडक्टर पैकेजिंग और परीक्षण कंपनियों के अलावा, सेमीकंडक्टरवफ़रफाउंड्रीज़, सेमीकंडक्टर डिज़ाइन कंपनियाँ और एकीकृत घटक कंपनियाँ सक्रिय रूप से उन्नत पैकेजिंग या संबंधित कुंजी पैकेजिंग तकनीकों का विकास कर रही हैं।

 

पारंपरिक पैकेजिंग प्रौद्योगिकी की मुख्य प्रक्रियाएँ हैंवफ़रथिनिंग, कटिंग, डाई बॉन्डिंग, वायर बॉन्डिंग, प्लास्टिक सीलिंग, इलेक्ट्रोप्लेटिंग, रिब कटिंग और मोल्डिंग इत्यादि। उनमें से, डाई बॉन्डिंग प्रक्रिया सबसे जटिल और महत्वपूर्ण पैकेजिंग प्रक्रियाओं में से एक है, और डाई बॉन्डिंग प्रक्रिया उपकरण भी इनमें से एक है। सेमीकंडक्टर पैकेजिंग में सबसे महत्वपूर्ण कोर उपकरण, और उच्चतम बाजार मूल्य वाले पैकेजिंग उपकरणों में से एक है। हालाँकि उन्नत पैकेजिंग तकनीक लिथोग्राफी, नक़्क़ाशी, धातुकरण और प्लानेराइज़ेशन जैसी फ्रंट-एंड प्रक्रियाओं का उपयोग करती है, लेकिन सबसे महत्वपूर्ण पैकेजिंग प्रक्रिया अभी भी डाई बॉन्डिंग प्रक्रिया है।

 

2 सेमीकंडक्टर डाई बॉन्डिंग प्रक्रिया

2.1 सिंहावलोकन

डाई बॉन्डिंग प्रक्रिया को चिप लोडिंग, कोर लोडिंग, डाई बॉन्डिंग, चिप बॉन्डिंग प्रक्रिया आदि भी कहा जाता है। डाई बॉन्डिंग प्रक्रिया को चित्र 1 में दिखाया गया है। सामान्यतया, डाई बॉन्डिंग वेल्डिंग हेड का उपयोग करके वेफर से चिप को उठाना है वैक्यूम का उपयोग करके सक्शन नोजल, और इसे दृश्य मार्गदर्शन के तहत लीड फ्रेम या पैकेजिंग सब्सट्रेट के निर्दिष्ट पैड क्षेत्र पर रखें, ताकि चिप और पैड बंधे और तय हो जाएं। डाई बॉन्डिंग प्रक्रिया की गुणवत्ता और दक्षता सीधे बाद के वायर बॉन्डिंग की गुणवत्ता और दक्षता को प्रभावित करेगी, इसलिए डाई बॉन्डिंग सेमीकंडक्टर बैक-एंड प्रक्रिया में प्रमुख तकनीकों में से एक है।

 

विभिन्न सेमीकंडक्टर उत्पाद पैकेजिंग प्रक्रियाओं के लिए, वर्तमान में छह मुख्य डाई बॉन्डिंग प्रक्रिया प्रौद्योगिकियां हैं, अर्थात् चिपकने वाली बॉन्डिंग, यूटेक्टिक बॉन्डिंग, सॉफ्ट सोल्डर बॉन्डिंग, सिल्वर सिंटरिंग बॉन्डिंग, हॉट प्रेसिंग बॉन्डिंग और फ्लिप-चिप बॉन्डिंग। अच्छी चिप बॉन्डिंग प्राप्त करने के लिए, डाई बॉन्डिंग प्रक्रिया में प्रमुख प्रक्रिया तत्वों को एक-दूसरे के साथ सहयोग करना आवश्यक है, जिसमें मुख्य रूप से डाई बॉन्डिंग सामग्री, तापमान, समय, दबाव और अन्य तत्व शामिल हैं।

 

2. 2 चिपकने वाली बंधन प्रक्रिया

चिपकने वाली बॉन्डिंग के दौरान, चिप लगाने से पहले लीड फ्रेम या पैकेज सब्सट्रेट पर एक निश्चित मात्रा में चिपकने की आवश्यकता होती है, और फिर डाई बॉन्डिंग हेड चिप उठाता है, और मशीन विज़न मार्गदर्शन के माध्यम से, चिप को बॉन्डिंग पर सटीक रूप से रखा जाता है। चिपकने वाले लेपित लीड फ्रेम या पैकेज सब्सट्रेट की स्थिति, और डाई बॉन्डिंग मशीन हेड के माध्यम से चिप पर एक निश्चित डाई बॉन्डिंग बल लगाया जाता है, जिससे चिप और लीड फ्रेम या पैकेज सब्सट्रेट के बीच एक चिपकने वाली परत बनती है, ताकि प्राप्त किया जा सके। जोड़ने, स्थापित करने और ठीक करने का उद्देश्य चिप. इस डाई बॉन्डिंग प्रक्रिया को ग्लू बॉन्डिंग प्रक्रिया भी कहा जाता है क्योंकि डाई बॉन्डिंग मशीन के सामने चिपकने की आवश्यकता होती है।

 

आम तौर पर उपयोग किए जाने वाले चिपकने वाले पदार्थों में अर्धचालक सामग्री जैसे एपॉक्सी राल और प्रवाहकीय चांदी पेस्ट शामिल हैं। चिपकने वाली बॉन्डिंग सबसे व्यापक रूप से इस्तेमाल की जाने वाली सेमीकंडक्टर चिप डाई बॉन्डिंग प्रक्रिया है क्योंकि यह प्रक्रिया अपेक्षाकृत सरल है, लागत कम है, और विभिन्न प्रकार की सामग्रियों का उपयोग किया जा सकता है।

 

2.3 यूटेक्टिक बॉन्डिंग प्रक्रिया

यूटेक्टिक बॉन्डिंग के दौरान, यूटेक्टिक बॉन्डिंग सामग्री आमतौर पर चिप या लीड फ्रेम के नीचे पहले से लगाई जाती है। यूटेक्टिक बॉन्डिंग उपकरण चिप को उठाता है और चिप को लीड फ्रेम की संबंधित बॉन्डिंग स्थिति में सटीक रूप से रखने के लिए मशीन विजन सिस्टम द्वारा निर्देशित किया जाता है। चिप और लीड फ्रेम हीटिंग और दबाव की संयुक्त क्रिया के तहत चिप और पैकेज सब्सट्रेट के बीच एक यूटेक्टिक बॉन्डिंग इंटरफ़ेस बनाते हैं। यूटेक्टिक बॉन्डिंग प्रक्रिया का उपयोग अक्सर लीड फ्रेम और सिरेमिक सब्सट्रेट पैकेजिंग में किया जाता है।

 

यूटेक्टिक बॉन्डिंग सामग्री आम तौर पर एक निश्चित तापमान पर दो सामग्रियों द्वारा मिश्रित होती है। आमतौर पर उपयोग की जाने वाली सामग्रियों में सोना और टिन, सोना और सिलिकॉन आदि शामिल हैं। यूटेक्टिक बॉन्डिंग प्रक्रिया का उपयोग करते समय, ट्रैक ट्रांसमिशन मॉड्यूल जहां लीड फ्रेम स्थित है, फ्रेम को पहले से गर्म कर देगा। यूटेक्टिक बॉन्डिंग प्रक्रिया को साकार करने की कुंजी यह है कि यूटेक्टिक बॉन्डिंग सामग्री एक बंधन बनाने के लिए दो घटक सामग्रियों के पिघलने बिंदु से काफी नीचे के तापमान पर पिघल सकती है। यूटेक्टिक बॉन्डिंग प्रक्रिया के दौरान फ्रेम को ऑक्सीकृत होने से बचाने के लिए, यूटेक्टिक बॉन्डिंग प्रक्रिया में अक्सर लीड फ्रेम की सुरक्षा के लिए ट्रैक में इनपुट करने के लिए हाइड्रोजन और नाइट्रोजन मिश्रित गैस जैसी सुरक्षात्मक गैसों का भी उपयोग किया जाता है।

 

2.4 सॉफ्ट सोल्डर बॉन्डिंग प्रक्रिया

जब सॉफ्ट सोल्डर बॉन्डिंग होती है, तो चिप रखने से पहले, लीड फ्रेम पर बॉन्डिंग स्थिति को टिन किया जाता है और दबाया जाता है, या डबल टिन किया जाता है, और लीड फ्रेम को ट्रैक में गर्म करने की आवश्यकता होती है। सॉफ्ट सोल्डर बॉन्डिंग प्रक्रिया का लाभ अच्छी तापीय चालकता है, और नुकसान यह है कि इसे ऑक्सीकरण करना आसान है और प्रक्रिया अपेक्षाकृत जटिल है। यह ट्रांजिस्टर आउटलाइन पैकेजिंग जैसे बिजली उपकरणों की लीड फ्रेम पैकेजिंग के लिए उपयुक्त है।

 

2.5 सिल्वर सिंटरिंग बॉन्डिंग प्रक्रिया

वर्तमान तीसरी पीढ़ी के पावर सेमीकंडक्टर चिप के लिए सबसे आशाजनक बॉन्डिंग प्रक्रिया धातु कण सिंटरिंग तकनीक का उपयोग है, जो प्रवाहकीय गोंद में कनेक्शन के लिए जिम्मेदार एपॉक्सी राल जैसे पॉलिमर को मिलाती है। इसमें उत्कृष्ट विद्युत चालकता, तापीय चालकता और उच्च तापमान सेवा विशेषताएँ हैं। यह हाल के वर्षों में तीसरी पीढ़ी के सेमीकंडक्टर पैकेजिंग में आगे की सफलताओं के लिए एक महत्वपूर्ण तकनीक भी है।

 

2.6 थर्मोकम्प्रेशन बॉन्डिंग प्रक्रिया

उच्च-प्रदर्शन वाले त्रि-आयामी एकीकृत सर्किट के पैकेजिंग अनुप्रयोग में, चिप इंटरकनेक्ट इनपुट/आउटपुट पिच, बम्प आकार और पिच की निरंतर कमी के कारण, सेमीकंडक्टर कंपनी इंटेल ने उन्नत छोटे पिच बॉन्डिंग अनुप्रयोगों, बॉन्डिंग टिनी के लिए थर्मोकम्प्रेशन बॉन्डिंग प्रक्रिया शुरू की है। 40 से 50 μm या यहां तक ​​कि 10 μm की पिच के साथ बम्प चिप्स। थर्मोकम्प्रेशन बॉन्डिंग प्रक्रिया चिप-टू-वेफर और चिप-टू-सब्सट्रेट अनुप्रयोगों के लिए उपयुक्त है। एक तेज़ बहु-चरणीय प्रक्रिया के रूप में, थर्मोकम्प्रेशन बॉन्डिंग प्रक्रिया को प्रक्रिया नियंत्रण मुद्दों में चुनौतियों का सामना करना पड़ता है, जैसे असमान तापमान और छोटी मात्रा वाले सोल्डर का अनियंत्रित पिघलना। थर्मोकम्प्रेशन बॉन्डिंग के दौरान, तापमान, दबाव, स्थिति आदि को सटीक नियंत्रण आवश्यकताओं को पूरा करना चाहिए।

 

2.7 फ्लिप चिप बॉन्डिंग प्रक्रिया

फ्लिप चिप बॉन्डिंग प्रक्रिया का सिद्धांत चित्र 2 में दिखाया गया है। फ्लिप तंत्र चिप को वेफर से उठाता है और चिप को स्थानांतरित करने के लिए इसे 180° पर फ्लिप करता है। सोल्डरिंग हेड नोजल फ्लिप तंत्र से चिप को उठाता है, और चिप की उभार दिशा नीचे की ओर होती है। वेल्डिंग हेड नोजल पैकेजिंग सब्सट्रेट के शीर्ष पर जाने के बाद, यह पैकेजिंग सब्सट्रेट पर चिप को जोड़ने और ठीक करने के लिए नीचे की ओर बढ़ता है।

 

फ्लिप चिप पैकेजिंग एक उन्नत चिप इंटरकनेक्शन तकनीक है और यह उन्नत पैकेजिंग तकनीक की मुख्य विकास दिशा बन गई है। इसमें उच्च घनत्व, उच्च प्रदर्शन, पतला और छोटा होने की विशेषताएं हैं, और यह स्मार्टफोन और टैबलेट जैसे उपभोक्ता इलेक्ट्रॉनिक उत्पादों की विकास आवश्यकताओं को पूरा कर सकता है। फ्लिप चिप बॉन्डिंग प्रक्रिया पैकेजिंग लागत को कम करती है और स्टैक्ड चिप्स और त्रि-आयामी पैकेजिंग का एहसास कर सकती है। इसका व्यापक रूप से पैकेजिंग प्रौद्योगिकी क्षेत्रों जैसे 2.5डी/3डी एकीकृत पैकेजिंग, वेफर-स्तरीय पैकेजिंग और सिस्टम-स्तरीय पैकेजिंग में उपयोग किया जाता है। फ्लिप चिप बॉन्डिंग प्रक्रिया उन्नत पैकेजिंग तकनीक में सबसे व्यापक रूप से उपयोग की जाने वाली और सबसे व्यापक रूप से उपयोग की जाने वाली सॉलिड डाई बॉन्डिंग प्रक्रिया है।