సెమీకండక్టర్ డై బాండింగ్ ప్రక్రియ మరియు పరికరాలపై పరిశోధన

సెమీకండక్టర్ డైపై అధ్యయనంబంధం ప్రక్రియ, అంటుకునే బంధ ప్రక్రియ, యూటెక్టిక్ బాండింగ్ ప్రక్రియ, సాఫ్ట్ టంకము బంధ ప్రక్రియ, సిల్వర్ సింటరింగ్ బంధ ప్రక్రియ, హాట్ ప్రెస్సింగ్ బాండింగ్ ప్రాసెస్, ఫ్లిప్ చిప్ బాండింగ్ ప్రాసెస్‌తో సహా. సెమీకండక్టర్ డై బాండింగ్ పరికరాల రకాలు మరియు ముఖ్యమైన సాంకేతిక సూచికలు ప్రవేశపెట్టబడ్డాయి, అభివృద్ధి స్థితి విశ్లేషించబడుతుంది మరియు అభివృద్ధి ధోరణి అంచనా వేయబడుతుంది.

 

1 సెమీకండక్టర్ పరిశ్రమ మరియు ప్యాకేజింగ్ యొక్క అవలోకనం

సెమీకండక్టర్ పరిశ్రమలో ప్రత్యేకంగా అప్‌స్ట్రీమ్ సెమీకండక్టర్ మెటీరియల్స్ మరియు పరికరాలు, మిడ్‌స్ట్రీమ్ సెమీకండక్టర్ తయారీ మరియు డౌన్‌స్ట్రీమ్ అప్లికేషన్‌లు ఉన్నాయి. నా దేశం యొక్క సెమీకండక్టర్ పరిశ్రమ ఆలస్యంగా ప్రారంభమైంది, కానీ దాదాపు పది సంవత్సరాల వేగవంతమైన అభివృద్ధి తర్వాత, నా దేశం ప్రపంచంలోనే అతిపెద్ద సెమీకండక్టర్ ఉత్పత్తి వినియోగదారు మార్కెట్‌గా మరియు ప్రపంచంలోనే అతిపెద్ద సెమీకండక్టర్ పరికరాల మార్కెట్‌గా మారింది. సెమీకండక్టర్ పరిశ్రమ ఒక తరం పరికరాలు, ఒక తరం ప్రక్రియ మరియు ఒక తరం ఉత్పత్తుల మోడ్‌లో వేగంగా అభివృద్ధి చెందుతోంది. సెమీకండక్టర్ ప్రక్రియ మరియు పరికరాలపై పరిశోధన పరిశ్రమ యొక్క నిరంతర పురోగతికి ప్రధాన చోదక శక్తి మరియు సెమీకండక్టర్ ఉత్పత్తుల యొక్క పారిశ్రామికీకరణ మరియు భారీ ఉత్పత్తికి హామీ.

 

సెమీకండక్టర్ ప్యాకేజింగ్ టెక్నాలజీ అభివృద్ధి చరిత్ర చిప్ పనితీరు యొక్క నిరంతర మెరుగుదల మరియు సిస్టమ్‌ల నిరంతర సూక్ష్మీకరణ చరిత్ర. ప్యాకేజింగ్ టెక్నాలజీ యొక్క అంతర్గత చోదక శక్తి హై-ఎండ్ స్మార్ట్‌ఫోన్‌ల రంగం నుండి అధిక-పనితీరు గల కంప్యూటింగ్ మరియు కృత్రిమ మేధస్సు వంటి రంగాలకు అభివృద్ధి చెందింది. సెమీకండక్టర్ ప్యాకేజింగ్ టెక్నాలజీ అభివృద్ధి యొక్క నాలుగు దశలు టేబుల్ 1 లో చూపబడ్డాయి.

సెమీకండక్టర్ లితోగ్రఫీ ప్రక్రియ నోడ్‌లు 10 nm, 7 nm, 5 nm, 3 nm మరియు 2 nm వైపు కదులుతున్నప్పుడు, R&D మరియు ఉత్పత్తి ఖర్చులు పెరుగుతూనే ఉన్నాయి, దిగుబడి రేటు తగ్గుతుంది మరియు మూర్స్ లా మందగిస్తుంది. పారిశ్రామిక అభివృద్ధి ధోరణుల దృక్కోణం నుండి, ప్రస్తుతం ట్రాన్సిస్టర్ సాంద్రత యొక్క భౌతిక పరిమితులు మరియు తయారీ వ్యయాలలో భారీ పెరుగుదల కారణంగా, ప్యాకేజింగ్ సూక్ష్మీకరణ, అధిక సాంద్రత, అధిక పనితీరు, అధిక వేగం, అధిక ఫ్రీక్వెన్సీ మరియు అధిక ఏకీకరణ దిశలో అభివృద్ధి చెందుతోంది. సెమీకండక్టర్ పరిశ్రమ మూర్ అనంతర యుగంలోకి ప్రవేశించింది మరియు అధునాతన ప్రక్రియలు కేవలం పొర తయారీ సాంకేతిక నోడ్‌ల పురోగతిపై దృష్టి సారించలేదు, కానీ క్రమంగా అధునాతన ప్యాకేజింగ్ టెక్నాలజీకి మారుతున్నాయి. అధునాతన ప్యాకేజింగ్ టెక్నాలజీ ఫంక్షన్‌లను మెరుగుపరచడం మరియు ఉత్పత్తి విలువను పెంచడం మాత్రమే కాకుండా, ఉత్పాదక ఖర్చులను కూడా సమర్థవంతంగా తగ్గిస్తుంది, ఇది మూర్ యొక్క చట్టాన్ని కొనసాగించడానికి ఒక ముఖ్యమైన మార్గంగా మారింది. ఒక వైపు, కోర్ పార్టికల్ టెక్నాలజీ సంక్లిష్ట వ్యవస్థలను అనేక ప్యాకేజింగ్ టెక్నాలజీలుగా విభజించడానికి ఉపయోగించబడుతుంది, వీటిని భిన్నమైన మరియు భిన్నమైన ప్యాకేజింగ్‌లో ప్యాక్ చేయవచ్చు. మరోవైపు, ఇంటిగ్రేటెడ్ సిస్టమ్ టెక్నాలజీ వివిధ పదార్థాలు మరియు నిర్మాణాల పరికరాలను ఏకీకృతం చేయడానికి ఉపయోగించబడుతుంది, ఇది ప్రత్యేకమైన క్రియాత్మక ప్రయోజనాలను కలిగి ఉంటుంది. మైక్రోఎలక్ట్రానిక్స్ టెక్నాలజీని ఉపయోగించడం ద్వారా వివిధ పదార్ధాల బహుళ విధులు మరియు పరికరాల ఏకీకరణ గ్రహించబడుతుంది మరియు ఇంటిగ్రేటెడ్ సర్క్యూట్‌ల నుండి ఇంటిగ్రేటెడ్ సిస్టమ్‌లకు అభివృద్ధి చెందుతుంది.

 

సెమీకండక్టర్ ప్యాకేజింగ్ అనేది చిప్ ఉత్పత్తికి ప్రారంభ స్థానం మరియు చిప్ యొక్క అంతర్గత ప్రపంచం మరియు బాహ్య వ్యవస్థ మధ్య వంతెన. ప్రస్తుతం, సాంప్రదాయ సెమీకండక్టర్ ప్యాకేజింగ్ మరియు టెస్టింగ్ కంపెనీలతో పాటు, సెమీకండక్టర్పొరఫౌండరీలు, సెమీకండక్టర్ డిజైన్ కంపెనీలు మరియు ఇంటిగ్రేటెడ్ కాంపోనెంట్ కంపెనీలు అధునాతన ప్యాకేజింగ్ లేదా సంబంధిత కీ ప్యాకేజింగ్ టెక్నాలజీలను చురుకుగా అభివృద్ధి చేస్తున్నాయి.

 

సాంప్రదాయ ప్యాకేజింగ్ టెక్నాలజీ యొక్క ప్రధాన ప్రక్రియలుపొరసన్నబడటం, కటింగ్, డై బాండింగ్, వైర్ బాండింగ్, ప్లాస్టిక్ సీలింగ్, ఎలక్ట్రోప్లేటింగ్, రిబ్ కటింగ్ మరియు మౌల్డింగ్ మొదలైనవి. వాటిలో, డై బాండింగ్ ప్రక్రియ అత్యంత క్లిష్టమైన మరియు క్లిష్టమైన ప్యాకేజింగ్ ప్రక్రియలలో ఒకటి మరియు డై బాండింగ్ ప్రక్రియ పరికరాలు కూడా ఒకటి. సెమీకండక్టర్ ప్యాకేజింగ్‌లో అత్యంత కీలకమైన కోర్ పరికరాలు, మరియు అత్యధిక మార్కెట్ విలువ కలిగిన ప్యాకేజింగ్ పరికరాలలో ఇది ఒకటి. అధునాతన ప్యాకేజింగ్ టెక్నాలజీ లితోగ్రఫీ, ఎచింగ్, మెటలైజేషన్ మరియు ప్లానరైజేషన్ వంటి ఫ్రంట్-ఎండ్ ప్రక్రియలను ఉపయోగిస్తున్నప్పటికీ, అతి ముఖ్యమైన ప్యాకేజింగ్ ప్రక్రియ ఇప్పటికీ డై బాండింగ్ ప్రక్రియ.

 

2 సెమీకండక్టర్ డై బాండింగ్ ప్రక్రియ

2.1 అవలోకనం

డై బాండింగ్ ప్రక్రియను చిప్ లోడింగ్, కోర్ లోడింగ్, డై బాండింగ్, చిప్ బాండింగ్ ప్రాసెస్ అని కూడా అంటారు. డై బాండింగ్ ప్రక్రియ మూర్తి 1లో చూపబడింది. సాధారణంగా చెప్పాలంటే, డై బాండింగ్ అంటే ఒక వెల్డింగ్ హెడ్‌ని ఉపయోగించి పొర నుండి చిప్‌ని తీయడం. వాక్యూమ్ ఉపయోగించి చూషణ నాజిల్, మరియు దానిని సీసం ఫ్రేమ్ లేదా ప్యాకేజింగ్ సబ్‌స్ట్రేట్ యొక్క నిర్దేశిత ప్యాడ్ ప్రాంతంపై దృశ్య మార్గదర్శకత్వంలో ఉంచండి, కాబట్టి చిప్ మరియు ప్యాడ్ బంధించబడి స్థిరంగా ఉంటాయి. డై బాండింగ్ ప్రక్రియ యొక్క నాణ్యత మరియు సామర్థ్యం నేరుగా తదుపరి వైర్ బాండింగ్ యొక్క నాణ్యత మరియు సామర్థ్యాన్ని ప్రభావితం చేస్తుంది, కాబట్టి సెమీకండక్టర్ బ్యాక్-ఎండ్ ప్రక్రియలో డై బాండింగ్ అనేది కీలకమైన సాంకేతికతలలో ఒకటి.

 

వివిధ సెమీకండక్టర్ ఉత్పత్తి ప్యాకేజింగ్ ప్రక్రియల కోసం, ప్రస్తుతం ఆరు ప్రధాన డై బాండింగ్ ప్రక్రియ సాంకేతికతలు ఉన్నాయి, అవి అంటుకునే బంధం, యూటెక్టిక్ బాండింగ్, సాఫ్ట్ టంకము బంధం, సిల్వర్ సింటరింగ్ బాండింగ్, హాట్ ప్రెస్సింగ్ బాండింగ్ మరియు ఫ్లిప్-చిప్ బాండింగ్. మంచి చిప్ బంధాన్ని సాధించడానికి, డై బాండింగ్ ప్రక్రియలో కీలక ప్రక్రియ అంశాలు ఒకదానికొకటి సహకరించేలా చేయడం అవసరం, ప్రధానంగా డై బాండింగ్ పదార్థాలు, ఉష్ణోగ్రత, సమయం, పీడనం మరియు ఇతర అంశాలతో సహా.

 

2. 2 అంటుకునే బంధ ప్రక్రియ

అంటుకునే బంధం సమయంలో, చిప్‌ను ఉంచే ముందు లీడ్ ఫ్రేమ్ లేదా ప్యాకేజీ సబ్‌స్ట్రేట్‌కు కొంత మొత్తంలో అంటుకునేదాన్ని పూయాలి, ఆపై డై బాండింగ్ హెడ్ చిప్‌ని తీసుకుంటుంది మరియు మెషిన్ విజన్ గైడెన్స్ ద్వారా, చిప్ ఖచ్చితంగా బంధంపై ఉంచబడుతుంది. లీడ్ ఫ్రేమ్ లేదా ప్యాకేజీ సబ్‌స్ట్రేట్ యొక్క స్థానం అంటుకునే పూతతో పూయబడింది మరియు డై బాండింగ్ మెషిన్ హెడ్ ద్వారా చిప్‌కి ఒక నిర్దిష్ట డై బాండింగ్ ఫోర్స్ వర్తించబడుతుంది, చిప్ మరియు లీడ్ ఫ్రేమ్ లేదా ప్యాకేజీ సబ్‌స్ట్రేట్ మధ్య అంటుకునే పొరను ఏర్పరుస్తుంది, తద్వారా చిప్‌ను బంధించడం, ఇన్‌స్టాల్ చేయడం మరియు ఫిక్సింగ్ చేయడం వంటి ప్రయోజనాలను సాధించడం. ఈ డై బాండింగ్ ప్రక్రియను గ్లూ బాండింగ్ ప్రాసెస్ అని కూడా పిలుస్తారు, ఎందుకంటే డై బాండింగ్ మెషిన్ ముందు అంటుకునేలా అప్లై చేయాలి.

 

సాధారణంగా ఉపయోగించే సంసంజనాలలో ఎపాక్సి రెసిన్ మరియు వాహక వెండి పేస్ట్ వంటి సెమీకండక్టర్ పదార్థాలు ఉంటాయి. అంటుకునే బంధం అనేది చాలా విస్తృతంగా ఉపయోగించే సెమీకండక్టర్ చిప్ డై బాండింగ్ ప్రక్రియ, ఎందుకంటే ప్రక్రియ సాపేక్షంగా సులభం, ఖర్చు తక్కువగా ఉంటుంది మరియు వివిధ రకాల పదార్థాలను ఉపయోగించవచ్చు.

 

2.3 యుటెక్టిక్ బాండింగ్ ప్రక్రియ

యుటెక్టిక్ బాండింగ్ సమయంలో, యుటెక్టిక్ బాండింగ్ మెటీరియల్ సాధారణంగా చిప్ లేదా లీడ్ ఫ్రేమ్ దిగువన ముందుగా వర్తించబడుతుంది. యూటెక్టిక్ బాండింగ్ పరికరాలు చిప్‌ని అందుకుంటాయి మరియు మెషిన్ విజన్ సిస్టమ్ ద్వారా చిప్‌ను లీడ్ ఫ్రేమ్ యొక్క సంబంధిత బంధం స్థానంలో ఖచ్చితంగా ఉంచడానికి మార్గనిర్దేశం చేస్తుంది. చిప్ మరియు లీడ్ ఫ్రేమ్ హీటింగ్ మరియు ప్రెజర్ యొక్క మిశ్రమ చర్యలో చిప్ మరియు ప్యాకేజీ సబ్‌స్ట్రేట్ మధ్య యుటెక్టిక్ బాండింగ్ ఇంటర్‌ఫేస్‌ను ఏర్పరుస్తాయి. యూటెక్టిక్ బాండింగ్ ప్రక్రియ తరచుగా సీసం ఫ్రేమ్ మరియు సిరామిక్ సబ్‌స్ట్రేట్ ప్యాకేజింగ్‌లో ఉపయోగించబడుతుంది.

 

యుటెక్టిక్ బాండింగ్ పదార్థాలు సాధారణంగా ఒక నిర్దిష్ట ఉష్ణోగ్రత వద్ద రెండు పదార్థాలతో కలుపుతారు. సాధారణంగా ఉపయోగించే పదార్థాలలో బంగారం మరియు టిన్, బంగారం మరియు సిలికాన్ మొదలైనవి ఉంటాయి. యూటెక్టిక్ బాండింగ్ ప్రక్రియను ఉపయోగిస్తున్నప్పుడు, లీడ్ ఫ్రేమ్ ఉన్న ట్రాక్ ట్రాన్స్‌మిషన్ మాడ్యూల్ ఫ్రేమ్‌ను ముందుగా వేడి చేస్తుంది. యుటెక్టిక్ బాండింగ్ ప్రక్రియ యొక్క సాక్షాత్కారానికి కీలకం ఏమిటంటే, యుటెక్టిక్ బాండింగ్ పదార్థం ఒక బంధాన్ని ఏర్పరచడానికి రెండు పదార్ధాల ద్రవీభవన స్థానం కంటే చాలా తక్కువ ఉష్ణోగ్రత వద్ద కరిగిపోతుంది. యూటెక్టిక్ బాండింగ్ ప్రక్రియలో ఫ్రేమ్ ఆక్సీకరణం చెందకుండా నిరోధించడానికి, యూటెక్టిక్ బాండింగ్ ప్రక్రియ తరచుగా హైడ్రోజన్ మరియు నైట్రోజన్ మిశ్రమ వాయువు వంటి రక్షిత వాయువులను లీడ్ ఫ్రేమ్‌ను రక్షించడానికి ట్రాక్‌లోకి ఇన్‌పుట్ చేయడానికి ఉపయోగిస్తుంది.

 

2. 4 సాఫ్ట్ టంకము బంధం ప్రక్రియ

మృదువైన టంకము బంధం ఉన్నప్పుడు, చిప్‌ను ఉంచే ముందు, సీసం ఫ్రేమ్‌పై బంధన స్థానం టిన్డ్ మరియు నొక్కినప్పుడు లేదా డబుల్ టిన్డ్ చేయబడుతుంది మరియు సీసం ఫ్రేమ్‌ను ట్రాక్‌లో వేడి చేయాలి. మృదువైన టంకము బంధం ప్రక్రియ యొక్క ప్రయోజనం మంచి ఉష్ణ వాహకత, మరియు ప్రతికూలత ఏమిటంటే ఇది ఆక్సీకరణం చేయడం సులభం మరియు ప్రక్రియ చాలా క్లిష్టంగా ఉంటుంది. ట్రాన్సిస్టర్ అవుట్‌లైన్ ప్యాకేజింగ్ వంటి పవర్ పరికరాల లీడ్ ఫ్రేమ్ ప్యాకేజింగ్‌కు ఇది అనుకూలంగా ఉంటుంది.

 

2. 5 సిల్వర్ సింటరింగ్ బాండింగ్ ప్రక్రియ

ప్రస్తుత మూడవ తరం పవర్ సెమీకండక్టర్ చిప్‌కు అత్యంత ఆశాజనకమైన బంధ ప్రక్రియ మెటల్ పార్టికల్ సింటరింగ్ టెక్నాలజీని ఉపయోగించడం, ఇది వాహక జిగురులో కనెక్షన్‌కు బాధ్యత వహించే ఎపాక్సీ రెసిన్ వంటి పాలిమర్‌లను మిళితం చేస్తుంది. ఇది అద్భుతమైన విద్యుత్ వాహకత, ఉష్ణ వాహకత మరియు అధిక-ఉష్ణోగ్రత సేవ లక్షణాలను కలిగి ఉంది. ఇటీవలి సంవత్సరాలలో మూడవ తరం సెమీకండక్టర్ ప్యాకేజింగ్‌లో మరింత పురోగతికి ఇది కీలక సాంకేతికత.

 

2.6 థర్మోకంప్రెషన్ బంధ ప్రక్రియ

అధిక-పనితీరు గల త్రీ-డైమెన్షనల్ ఇంటిగ్రేటెడ్ సర్క్యూట్‌ల ప్యాకేజింగ్ అప్లికేషన్‌లో, చిప్ ఇంటర్‌కనెక్ట్ ఇన్‌పుట్/అవుట్‌పుట్ పిచ్, బంప్ సైజు మరియు పిచ్ యొక్క నిరంతర తగ్గింపు కారణంగా, సెమీకండక్టర్ కంపెనీ ఇంటెల్ అధునాతన స్మాల్ పిచ్ బాండింగ్ అప్లికేషన్‌ల కోసం థర్మోకంప్రెషన్ బాండింగ్ ప్రక్రియను ప్రారంభించింది. 40 నుండి 50 μm లేదా 10 పిచ్‌తో బంప్ చిప్స్ μm థర్మోకంప్రెషన్ బాండింగ్ ప్రక్రియ చిప్-టు-వేఫర్ మరియు చిప్-టు-సబ్‌స్ట్రేట్ అప్లికేషన్‌లకు అనుకూలంగా ఉంటుంది. వేగవంతమైన బహుళ-దశల ప్రక్రియగా, థర్మోకంప్రెషన్ బంధం ప్రక్రియ ప్రక్రియ నియంత్రణ సమస్యలలో సవాళ్లను ఎదుర్కొంటుంది, అవి అసమాన ఉష్ణోగ్రత మరియు చిన్న వాల్యూమ్ టంకము యొక్క అనియంత్రిత ద్రవీభవన వంటివి. థర్మోకంప్రెషన్ బంధం సమయంలో, ఉష్ణోగ్రత, పీడనం, స్థానం మొదలైనవి ఖచ్చితమైన నియంత్రణ అవసరాలకు అనుగుణంగా ఉండాలి.

 

2.7 ఫ్లిప్ చిప్ బంధ ప్రక్రియ

ఫ్లిప్ చిప్ బాండింగ్ ప్రక్రియ యొక్క సూత్రం మూర్తి 2లో చూపబడింది. ఫ్లిప్ మెకానిజం పొర నుండి చిప్‌ను ఎంచుకొని చిప్‌ను బదిలీ చేయడానికి 180°కి తిప్పుతుంది. టంకం హెడ్ నాజిల్ ఫ్లిప్ మెకానిజం నుండి చిప్‌ను తీసుకుంటుంది మరియు చిప్ యొక్క బంప్ దిశ క్రిందికి ఉంటుంది. వెల్డింగ్ హెడ్ నాజిల్ ప్యాకేజింగ్ సబ్‌స్ట్రేట్ పైభాగానికి వెళ్లిన తర్వాత, అది ప్యాకేజింగ్ సబ్‌స్ట్రేట్‌పై చిప్‌ను బంధించడానికి మరియు పరిష్కరించడానికి క్రిందికి కదులుతుంది.

 

ఫ్లిప్ చిప్ ప్యాకేజింగ్ అనేది అధునాతన చిప్ ఇంటర్‌కనెక్షన్ టెక్నాలజీ మరియు అధునాతన ప్యాకేజింగ్ టెక్నాలజీ యొక్క ప్రధాన అభివృద్ధి దిశగా మారింది. ఇది అధిక సాంద్రత, అధిక పనితీరు, సన్నని మరియు పొట్టి లక్షణాలను కలిగి ఉంది మరియు స్మార్ట్‌ఫోన్‌లు మరియు టాబ్లెట్‌ల వంటి వినియోగదారు ఎలక్ట్రానిక్ ఉత్పత్తుల అభివృద్ధి అవసరాలను తీర్చగలదు. ఫ్లిప్ చిప్ బాండింగ్ ప్రక్రియ ప్యాకేజింగ్ ధరను తగ్గిస్తుంది మరియు పేర్చబడిన చిప్స్ మరియు త్రీ-డైమెన్షనల్ ప్యాకేజింగ్‌ను గ్రహించగలదు. ఇది 2.5D/3D ఇంటిగ్రేటెడ్ ప్యాకేజింగ్, వేఫర్-లెవల్ ప్యాకేజింగ్ మరియు సిస్టమ్-లెవల్ ప్యాకేజింగ్ వంటి ప్యాకేజింగ్ టెక్నాలజీ ఫీల్డ్‌లలో విస్తృతంగా ఉపయోగించబడుతుంది. ఫ్లిప్ చిప్ బాండింగ్ ప్రక్రియ అనేది అధునాతన ప్యాకేజింగ్ టెక్నాలజీలో అత్యంత విస్తృతంగా ఉపయోగించే మరియు అత్యంత విస్తృతంగా ఉపయోగించే సాలిడ్ డై బాండింగ్ ప్రక్రియ.