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真空回流焊爐/真空焊接爐——晶圓焊接

成都共益緣 ? 2024-09-30 09:15 ? 次閱讀

今天我們來介紹半導(dǎo)體制造中的一種關(guān)鍵技術(shù)——晶圓焊接。這項技術(shù)在集成電路的封裝和測試過程中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用,可以直接影響到芯片的性能和質(zhì)量,并決定了最終產(chǎn)品的成本和生產(chǎn)效率。因此對于晶圓焊接工藝的研究一直是半導(dǎo)體行業(yè)的重要方向。

一.什么是晶圓焊接?
晶圓焊接通常是指將芯片通過焊料(金錫、高鉛、無鉛、銦銀等焊片)與封裝基板(如陶瓷基板、有機(jī)基板、引線框架等)連接起來,這一工藝技術(shù)需要焊接設(shè)備具有高精度性,以此來保證焊點的位置準(zhǔn)確,焊接牢靠,還不能對芯片造成損傷。


二.晶圓焊接基本步驟
晶圓準(zhǔn)備——焊接材料選擇——焊接——焊接后檢查
1.晶圓準(zhǔn)備
使用激光或者金剛石刀片,對晶圓進(jìn)行切割,將單個芯片從晶圓上剝離出來,切割后的芯片進(jìn)行清洗和干燥以去掉表面的水分和雜質(zhì)。

wKgaomb4-rOABW7dAAXkQ7G-GWU539.png圖1.切割晶圓示意圖

2.焊接材料選擇
根據(jù)芯片的應(yīng)用需求選擇合適的焊片,常用的焊片一般為金錫或者高鉛焊片。各種焊片的熔點、導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、延伸性、抗拉強度、熱膨脹系數(shù)等均不相同,需要結(jié)合需求進(jìn)行選擇。

3.焊接
焊接過程是晶圓焊接中最重要的一個步驟。將芯片放置在封裝基板上,通過加熱、加壓的方式,使焊料熔化,并在芯片和基板間形成穩(wěn)定牢固的連接。在這一過程中,需控制好溫度、壓力、時間等參數(shù),這些將直接影響到焊接的質(zhì)量。

4.焊接后檢查
焊接完成后,需對焊接部位進(jìn)行檢查,主要檢查焊接的質(zhì)量與可靠性,通過目視、X-ray、超聲波等方式,檢查焊點是否牢靠無脫落,空洞率是否盡可能低。

三.晶圓焊接工藝中的關(guān)鍵技術(shù)

1.焊接時的溫度控制
溫度是焊接過程中影響焊接質(zhì)量的重要因素之一,具體表現(xiàn)在焊接時對溫度高低以及溫差的控制。溫度過高會導(dǎo)致芯片或基板的損壞,而溫度過低會使焊料熔化不完全,造成焊接不牢固。溫差過大使實際溫度達(dá)不到焊接所需要的溫度,也會影響焊接的質(zhì)量。

2.焊接時的壓力控制
壓力對于最終的焊接質(zhì)量同樣重要,因為壓力可以影響到熔化后的焊料的流動與分布,合適的壓力大小可以使焊料均勻地分步在芯片和基板之間,形成穩(wěn)定的連接,同時對壓力的運用還能有助于氣泡的排出,降低空洞率,進(jìn)一步提升焊接的質(zhì)量與產(chǎn)品的性能。
3.焊接材料的研究
隨著環(huán)保要求的日益嚴(yán)格和電子產(chǎn)品向著兼具微小型化、高性能化的發(fā)展,對于焊接材料的研究也在不斷地深入研究。現(xiàn)在要求焊接材料除了滿足基本的導(dǎo)電、導(dǎo)熱、延伸度、抗拉性等基本的性能外,還要具備綠色環(huán)保、熔點低等特點。


四.晶圓焊接工藝的難點
1.產(chǎn)品微型化
電子產(chǎn)品由于微型化的發(fā)展,如今芯片的尺寸越來越小,這對于晶圓焊接工藝提出了挑戰(zhàn)。對于更小尺寸的電子產(chǎn)品,還要保證高質(zhì)量焊接,是當(dāng)前晶圓焊接面臨的難點之一。


2.焊點在高溫下的可靠性
在高溫環(huán)境下,焊接點容易發(fā)生老化、開裂等問題,這會導(dǎo)致芯片功能失效。提高焊接點在高溫環(huán)境下的可靠性是晶圓焊接工藝需要解決的關(guān)鍵問題。

針對上文提到的晶圓焊接工藝中所需的關(guān)鍵技術(shù),我司的真空回流焊/真空共晶爐已完全掌握。首先是優(yōu)化的加熱平臺,采用陣列、接觸式的加熱方式,加熱面溫差小,無局部溫升突變,變形量小,溫控精度≤±1℃,溫控重復(fù)精度<±0.5℃,艙內(nèi)壓力控制重復(fù)精度<±0.1%Pa。

wKgZomb5AbCAFmEJAANoFGzYWOA967.png圖2.優(yōu)化的加熱平臺

wKgZomb5ApCAKHCaAAUBDkLf3uk958.png圖3.重復(fù)精度

同時設(shè)備還配備了自適應(yīng)、模塊式、升降式的冷卻系統(tǒng),震動小,面溫差小,熱沖擊小,可防止過大的溫降產(chǎn)生熱沖擊,造成焊點開裂,使芯片失效。制冷機(jī)的功耗小,還滿足了節(jié)能環(huán)保的要求。

wKgaomb5AqmAGeACAAM-31PHjOk800.png圖4.冷卻系統(tǒng)

對于對空洞率有要求的客戶,設(shè)備還匹配了公司獨有的“正負(fù)壓焊接工藝”發(fā)明專利,可使得整體焊接的空洞率≤1%,為客戶打造高質(zhì)量產(chǎn)品。

wKgZoma10z-AbiAmAADV0KhLe3A991.png圖5.“一種真空回流焊正負(fù)壓結(jié)合焊接工藝”發(fā)明專利證書

wKgaomb5A_qAU1ZaAAJTnjUO2R8157.png圖6.五層晶圓焊接結(jié)構(gòu)

wKgZomb5BEOAR9vEAApF9Kb4BqQ810.png圖7.我司設(shè)備焊接后的空洞率檢測

關(guān)于晶圓焊接的介紹就到這里,若有不當(dāng)之處歡迎各位朋友予以指正和指教;若與其他原創(chuàng)內(nèi)容有雷同之處,請與我們聯(lián)系,我們將及時處理。我司的真空回流焊爐/真空焊接爐可滿足晶圓焊接的要求,同時搭載我司持有的“正負(fù)壓焊接工藝”專利,可使焊接結(jié)果完美達(dá)到您的要求,如您感興趣,可與我們聯(lián)系共同討論,或前往我司官網(wǎng)了解。

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