સેમિકન્ડક્ટર ડાઇ બોન્ડિંગ પ્રક્રિયા અને સાધનો પર સંશોધન

સેમિકન્ડક્ટર ડાઇ પર અભ્યાસબંધન પ્રક્રિયા, એડહેસિવ બોન્ડિંગ પ્રક્રિયા, યુટેક્ટિક બોન્ડિંગ પ્રક્રિયા, સોફ્ટ સોલ્ડર બોન્ડિંગ પ્રક્રિયા, સિલ્વર સિન્ટરિંગ બોન્ડિંગ પ્રક્રિયા, હોટ પ્રેસિંગ બોન્ડિંગ પ્રક્રિયા, ફ્લિપ ચિપ બોન્ડિંગ પ્રક્રિયા સહિત. સેમિકન્ડક્ટર ડાઇ બોન્ડિંગ સાધનોના પ્રકારો અને મહત્વપૂર્ણ તકનીકી સૂચકાંકો રજૂ કરવામાં આવે છે, વિકાસની સ્થિતિનું વિશ્લેષણ કરવામાં આવે છે, અને વિકાસના વલણની સંભાવના છે.

 

1 સેમિકન્ડક્ટર ઉદ્યોગ અને પેકેજિંગની ઝાંખી

સેમિકન્ડક્ટર ઉદ્યોગમાં ખાસ કરીને અપસ્ટ્રીમ સેમિકન્ડક્ટર મટિરિયલ્સ અને સાધનો, મિડસ્ટ્રીમ સેમિકન્ડક્ટર મેન્યુફેક્ચરિંગ અને ડાઉનસ્ટ્રીમ એપ્લીકેશનનો સમાવેશ થાય છે. મારા દેશનો સેમિકન્ડક્ટર ઉદ્યોગ મોડો શરૂ થયો, પરંતુ લગભગ દસ વર્ષના ઝડપી વિકાસ પછી, મારો દેશ વિશ્વનું સૌથી મોટું સેમિકન્ડક્ટર ઉત્પાદન ગ્રાહક બજાર અને વિશ્વનું સૌથી મોટું સેમિકન્ડક્ટર સાધનોનું બજાર બની ગયું છે. સેમિકન્ડક્ટર ઉદ્યોગ એક પેઢીના સાધનો, પ્રક્રિયાની એક પેઢી અને ઉત્પાદનોની એક પેઢીના મોડમાં ઝડપથી વિકાસ કરી રહ્યો છે. સેમિકન્ડક્ટર પ્રક્રિયા અને સાધનો પર સંશોધન એ ઉદ્યોગની સતત પ્રગતિ અને સેમિકન્ડક્ટર ઉત્પાદનોના ઔદ્યોગિકીકરણ અને મોટા પાયે ઉત્પાદન માટેની બાંયધરી માટેનું મુખ્ય પ્રેરક બળ છે.

 

સેમિકન્ડક્ટર પેકેજિંગ ટેક્નોલોજીનો વિકાસ ઇતિહાસ એ ચિપ પ્રદર્શનમાં સતત સુધારણા અને સિસ્ટમ્સના સતત લઘુચિત્રીકરણનો ઇતિહાસ છે. પેકેજિંગ ટેક્નોલૉજીની આંતરિક પ્રેરક શક્તિ હાઇ-એન્ડ સ્માર્ટફોનના ક્ષેત્રથી ઉચ્ચ-પ્રદર્શન કમ્પ્યુટિંગ અને આર્ટિફિશિયલ ઇન્ટેલિજન્સ જેવા ક્ષેત્રોમાં વિકસિત થઈ છે. સેમિકન્ડક્ટર પેકેજીંગ ટેકનોલોજીના વિકાસના ચાર તબક્કા કોષ્ટક 1 માં દર્શાવવામાં આવ્યા છે.

જેમ જેમ સેમિકન્ડક્ટર લિથોગ્રાફી પ્રક્રિયા ગાંઠો 10 nm, 7 nm, 5 nm, 3 nm અને 2 nm તરફ આગળ વધે છે તેમ, R&D અને ઉત્પાદન ખર્ચ સતત વધતો જાય છે, ઉપજ દર ઘટે છે અને મૂરનો કાયદો ધીમો પડી જાય છે. ઔદ્યોગિક વિકાસના વલણોના પરિપ્રેક્ષ્યમાં, હાલમાં ટ્રાન્ઝિસ્ટરની ઘનતાની ભૌતિક મર્યાદાઓ અને ઉત્પાદન ખર્ચમાં થયેલા મોટા વધારાને કારણે, પેકેજિંગ લઘુકરણ, ઉચ્ચ ઘનતા, ઉચ્ચ પ્રદર્શન, ઉચ્ચ ઝડપ, ઉચ્ચ આવર્તન અને ઉચ્ચ એકીકરણની દિશામાં વિકાસ કરી રહ્યું છે. સેમિકન્ડક્ટર ઉદ્યોગે મૂર પછીના યુગમાં પ્રવેશ કર્યો છે, અને અદ્યતન પ્રક્રિયાઓ હવે માત્ર વેફર મેન્યુફેક્ચરિંગ ટેક્નોલોજી નોડ્સની પ્રગતિ પર ધ્યાન કેન્દ્રિત કરતી નથી, પરંતુ ધીમે ધીમે અદ્યતન પેકેજિંગ તકનીક તરફ વળે છે. અદ્યતન પેકેજિંગ ટેક્નોલોજી માત્ર કાર્યોને સુધારી શકે છે અને ઉત્પાદન મૂલ્યમાં વધારો કરી શકે છે, પરંતુ ઉત્પાદન ખર્ચને અસરકારક રીતે ઘટાડી શકે છે, જે મૂરના કાયદાને ચાલુ રાખવા માટે એક મહત્વપૂર્ણ માર્ગ બની જાય છે. એક તરફ, કોર પાર્ટિકલ ટેક્નોલૉજીનો ઉપયોગ જટિલ સિસ્ટમોને વિવિધ પેકેજિંગ તકનીકોમાં વિભાજિત કરવા માટે થાય છે જે વિજાતીય અને વિજાતીય પેકેજિંગમાં પેક કરી શકાય છે. બીજી બાજુ, એકીકૃત સિસ્ટમ તકનીકનો ઉપયોગ વિવિધ સામગ્રી અને બંધારણોના ઉપકરણોને એકીકૃત કરવા માટે થાય છે, જેમાં અનન્ય કાર્યાત્મક ફાયદા છે. માઈક્રોઈલેક્ટ્રોનિક્સ ટેક્નોલોજીનો ઉપયોગ કરીને વિવિધ સામગ્રીના બહુવિધ કાર્યો અને ઉપકરણોનું એકીકરણ સાકાર થાય છે અને ઈન્ટિગ્રેટેડ સર્કિટથી ઈન્ટિગ્રેટેડ સિસ્ટમ્સ સુધીનો વિકાસ સાકાર થાય છે.

 

સેમિકન્ડક્ટર પેકેજિંગ એ ચિપના ઉત્પાદન માટે પ્રારંભિક બિંદુ છે અને ચિપની આંતરિક દુનિયા અને બાહ્ય સિસ્ટમ વચ્ચેનો પુલ છે. હાલમાં, પરંપરાગત સેમિકન્ડક્ટર પેકેજિંગ અને પરીક્ષણ કંપનીઓ ઉપરાંત, સેમિકન્ડક્ટરવેફરફાઉન્ડ્રીઝ, સેમિકન્ડક્ટર ડિઝાઇન કંપનીઓ અને સંકલિત ઘટક કંપનીઓ સક્રિયપણે અદ્યતન પેકેજિંગ અથવા સંબંધિત કી પેકેજિંગ તકનીકો વિકસાવી રહી છે.

 

પરંપરાગત પેકેજીંગ ટેકનોલોજીની મુખ્ય પ્રક્રિયાઓ છેવેફરથિનિંગ, કટિંગ, ડાઇ બોન્ડિંગ, વાયર બોન્ડિંગ, પ્લાસ્ટિક સીલિંગ, ઇલેક્ટ્રોપ્લેટિંગ, રિબ કટિંગ અને મોલ્ડિંગ વગેરે. તેમાંથી, ડાઇ બોન્ડિંગ પ્રક્રિયા સૌથી જટિલ અને જટિલ પેકેજિંગ પ્રક્રિયાઓમાંની એક છે, અને ડાઇ બોન્ડિંગ પ્રક્રિયાના સાધનો પણ તેમાંથી એક છે. સેમિકન્ડક્ટર પેકેજિંગમાં સૌથી મહત્વપૂર્ણ મુખ્ય સાધન છે, અને તે સૌથી વધુ બજાર મૂલ્ય ધરાવતા પેકેજિંગ સાધનોમાંનું એક છે. જો કે અદ્યતન પેકેજીંગ ટેકનોલોજી ફ્રન્ટ-એન્ડ પ્રક્રિયાઓનો ઉપયોગ કરે છે જેમ કે લિથોગ્રાફી, એચીંગ, મેટાલાઈઝેશન અને પ્લાનરાઈઝેશન, સૌથી મહત્વની પેકેજીંગ પ્રક્રિયા હજુ પણ ડાઈ બોન્ડીંગ પ્રક્રિયા છે.

 

2 સેમિકન્ડક્ટર ડાઇ બોન્ડિંગ પ્રક્રિયા

2.1 વિહંગાવલોકન

ડાઇ બોન્ડિંગ પ્રક્રિયાને ચિપ લોડિંગ, કોર લોડિંગ, ડાઇ બોન્ડિંગ, ચિપ બોન્ડિંગ પ્રક્રિયા વગેરે પણ કહેવામાં આવે છે. ડાઇ બોન્ડિંગ પ્રક્રિયા આકૃતિ 1 માં બતાવવામાં આવી છે. સામાન્ય રીતે કહીએ તો, ડાઇ બોન્ડિંગ એ વેલ્ડિંગ હેડનો ઉપયોગ કરીને વેફરમાંથી ચિપને ઉપાડવાનો છે. વેક્યુમનો ઉપયોગ કરીને સક્શન નોઝલ, અને તેને લીડ ફ્રેમ અથવા પેકેજિંગ સબસ્ટ્રેટના નિયુક્ત પેડ એરિયા પર મૂકો દ્રશ્ય માર્ગદર્શન હેઠળ, જેથી ચિપ અને પેડ બંધાયેલા અને નિશ્ચિત હોય. ડાઇ બોન્ડિંગ પ્રક્રિયાની ગુણવત્તા અને કાર્યક્ષમતા અનુગામી વાયર બોન્ડિંગની ગુણવત્તા અને કાર્યક્ષમતાને સીધી અસર કરશે, તેથી ડાઇ બોન્ડિંગ સેમિકન્ડક્ટર બેક-એન્ડ પ્રક્રિયામાં મુખ્ય તકનીકોમાંની એક છે.

 

વિવિધ સેમિકન્ડક્ટર પ્રોડક્ટ પેકેજિંગ પ્રક્રિયાઓ માટે, હાલમાં છ મુખ્ય ડાઇ બોન્ડિંગ પ્રક્રિયા તકનીકો છે, જેમ કે એડહેસિવ બોન્ડિંગ, યુટેક્ટિક બોન્ડિંગ, સોફ્ટ સોલ્ડર બોન્ડિંગ, સિલ્વર સિન્ટરિંગ બોન્ડિંગ, હોટ પ્રેસિંગ બોન્ડિંગ અને ફ્લિપ-ચિપ બોન્ડિંગ. સારી ચિપ બોન્ડિંગ હાંસલ કરવા માટે, ડાઇ બોન્ડિંગ પ્રક્રિયામાં મુખ્ય પ્રક્રિયા તત્વોને એકબીજા સાથે સહકાર આપવો જરૂરી છે, જેમાં મુખ્યત્વે ડાઇ બોન્ડિંગ સામગ્રી, તાપમાન, સમય, દબાણ અને અન્ય તત્વોનો સમાવેશ થાય છે.

 

2. 2 એડહેસિવ બંધન પ્રક્રિયા

એડહેસિવ બોન્ડિંગ દરમિયાન, ચિપ મૂકતા પહેલા લીડ ફ્રેમ અથવા પેકેજ સબસ્ટ્રેટ પર ચોક્કસ માત્રામાં એડહેસિવ લાગુ કરવાની જરૂર છે, અને પછી ડાઇ બોન્ડિંગ હેડ ચિપને ઉપાડે છે, અને મશીન વિઝન માર્ગદર્શન દ્વારા, ચિપને બોન્ડિંગ પર ચોક્કસ રીતે મૂકવામાં આવે છે. એડહેસિવ સાથે કોટેડ લીડ ફ્રેમ અથવા પેકેજ સબસ્ટ્રેટની સ્થિતિ અને ડાઇ દ્વારા ચિપ પર ચોક્કસ ડાઇ બોન્ડિંગ ફોર્સ લાગુ કરવામાં આવે છે. બોન્ડિંગ મશીન હેડ, ચિપ અને લીડ ફ્રેમ અથવા પેકેજ સબસ્ટ્રેટ વચ્ચે એડહેસિવ લેયર બનાવે છે, જેથી ચિપને બોન્ડિંગ, ઇન્સ્ટોલ અને ફિક્સિંગનો હેતુ હાંસલ કરી શકાય. આ ડાઇ બોન્ડિંગ પ્રક્રિયાને ગ્લુ બોન્ડિંગ પ્રક્રિયા પણ કહેવામાં આવે છે કારણ કે ડાઇ બોન્ડિંગ મશીનની સામે એડહેસિવ લાગુ કરવાની જરૂર છે.

 

સામાન્ય રીતે ઉપયોગમાં લેવાતા એડહેસિવ્સમાં સેમિકન્ડક્ટર મટિરિયલ જેમ કે ઇપોક્સી રેઝિન અને વાહક સિલ્વર પેસ્ટનો સમાવેશ થાય છે. એડહેસિવ બોન્ડિંગ એ સૌથી વધુ ઉપયોગમાં લેવાતી સેમિકન્ડક્ટર ચિપ ડાઇ બોન્ડિંગ પ્રક્રિયા છે કારણ કે પ્રક્રિયા પ્રમાણમાં સરળ છે, કિંમત ઓછી છે અને વિવિધ પ્રકારની સામગ્રીનો ઉપયોગ કરી શકાય છે.

 

2.3 યુટેક્ટિક બંધન પ્રક્રિયા

યુટેક્ટિક બોન્ડિંગ દરમિયાન, યુટેક્ટિક બોન્ડિંગ સામગ્રી સામાન્ય રીતે ચિપ અથવા લીડ ફ્રેમના તળિયે પૂર્વ-લાગુ કરવામાં આવે છે. યુટેક્ટિક બોન્ડિંગ ઇક્વિપમેન્ટ ચિપને ઉપાડે છે અને લીડ ફ્રેમના અનુરૂપ બોન્ડિંગ પોઝિશન પર ચિપને ચોક્કસ રીતે મૂકવા માટે મશીન વિઝન સિસ્ટમ દ્વારા માર્ગદર્શન આપવામાં આવે છે. ચિપ અને લીડ ફ્રેમ ગરમી અને દબાણની સંયુક્ત ક્રિયા હેઠળ ચિપ અને પેકેજ સબસ્ટ્રેટ વચ્ચે યુટેક્ટિક બોન્ડિંગ ઇન્ટરફેસ બનાવે છે. યુટેક્ટિક બોન્ડિંગ પ્રક્રિયાનો ઉપયોગ લીડ ફ્રેમ અને સિરામિક સબસ્ટ્રેટ પેકેજિંગમાં થાય છે.

 

યુટેક્ટિક બોન્ડિંગ સામગ્રી સામાન્ય રીતે ચોક્કસ તાપમાને બે સામગ્રીઓ દ્વારા મિશ્રિત થાય છે. સામાન્ય રીતે ઉપયોગમાં લેવાતી સામગ્રીમાં સોનું અને ટીન, સોનું અને સિલિકોન વગેરેનો સમાવેશ થાય છે. યુટેક્ટિક બોન્ડિંગ પ્રક્રિયાનો ઉપયોગ કરતી વખતે, ટ્રેક ટ્રાન્સમિશન મોડ્યુલ જ્યાં લીડ ફ્રેમ સ્થિત છે તે ફ્રેમને પ્રી-હીટ કરશે. યુટેક્ટિક બોન્ડિંગ પ્રક્રિયાની અનુભૂતિની ચાવી એ છે કે યુટેક્ટિક બોન્ડિંગ સામગ્રી બોન્ડ બનાવવા માટે બે ઘટક સામગ્રીના ગલનબિંદુથી ખૂબ નીચેના તાપમાને ઓગળી શકે છે. યુટેક્ટિક બોન્ડિંગ પ્રક્રિયા દરમિયાન ફ્રેમને ઓક્સિડાઇઝ થવાથી રોકવા માટે, યુટેક્ટિક બોન્ડિંગ પ્રક્રિયા ઘણીવાર લીડ ફ્રેમને સુરક્ષિત કરવા માટે ટ્રેકમાં ઇનપુટ કરવા માટે હાઇડ્રોજન અને નાઇટ્રોજન મિશ્રિત ગેસ જેવા રક્ષણાત્મક વાયુઓનો ઉપયોગ કરે છે.

 

2. 4 સોફ્ટ સોલ્ડર બોન્ડિંગ પ્રક્રિયા

જ્યારે સોફ્ટ સોલ્ડર બોન્ડિંગ, ચિપ મૂકતા પહેલા, લીડ ફ્રેમ પર બોન્ડિંગ પોઝિશનને ટીન અને દબાવવામાં આવે છે, અથવા ડબલ ટીન કરવામાં આવે છે, અને લીડ ફ્રેમને ટ્રેકમાં ગરમ ​​કરવાની જરૂર છે. સોફ્ટ સોલ્ડર બોન્ડિંગ પ્રક્રિયાનો ફાયદો એ સારી થર્મલ વાહકતા છે, અને ગેરલાભ એ છે કે તે ઓક્સિડાઇઝ કરવું સરળ છે અને પ્રક્રિયા પ્રમાણમાં જટિલ છે. તે પાવર ઉપકરણોના લીડ ફ્રેમ પેકેજીંગ માટે યોગ્ય છે, જેમ કે ટ્રાન્ઝિસ્ટર આઉટલાઈન પેકેજીંગ.

 

2. 5 સિલ્વર સિન્ટરિંગ બોન્ડિંગ પ્રક્રિયા

વર્તમાન ત્રીજી પેઢીની પાવર સેમિકન્ડક્ટર ચિપ માટે સૌથી આશાસ્પદ બોન્ડિંગ પ્રક્રિયા મેટલ પાર્ટિકલ સિન્ટરિંગ ટેકનોલોજીનો ઉપયોગ છે, જે વાહક ગુંદરમાં જોડાણ માટે જવાબદાર ઇપોક્સી રેઝિન જેવા પોલિમરને મિશ્રિત કરે છે. તે ઉત્તમ વિદ્યુત વાહકતા, થર્મલ વાહકતા અને ઉચ્ચ-તાપમાન સેવા લાક્ષણિકતાઓ ધરાવે છે. તે તાજેતરના વર્ષોમાં ત્રીજી પેઢીના સેમિકન્ડક્ટર પેકેજિંગમાં વધુ પ્રગતિ માટે પણ એક મુખ્ય તકનીક છે.

 

2.6 થર્મોકોમ્પ્રેશન બોન્ડિંગ પ્રક્રિયા

ઉચ્ચ-પ્રદર્શન ત્રિ-પરિમાણીય સંકલિત સર્કિટ્સની પેકેજિંગ એપ્લિકેશનમાં, ચિપ ઇન્ટરકનેક્ટ ઇનપુટ/આઉટપુટ પિચ, બમ્પ સાઈઝ અને પિચમાં સતત ઘટાડો થવાને કારણે, સેમિકન્ડક્ટર કંપની ઇન્ટેલે અદ્યતન નાના પિચ બોન્ડિંગ એપ્લિકેશન્સ માટે થર્મોકોમ્પ્રેસન બોન્ડિંગ પ્રક્રિયા શરૂ કરી છે, બોન્ડિંગ ટાઈની. 40 થી 50 μm અથવા તો તેની પિચ સાથે બમ્પ ચિપ્સ 10 μm. થર્મોકોમ્પ્રેશન બોન્ડિંગ પ્રક્રિયા ચિપ-ટુ-વેફર અને ચિપ-ટુ-સબસ્ટ્રેટ એપ્લિકેશન માટે યોગ્ય છે. ઝડપી મલ્ટિ-સ્ટેપ પ્રક્રિયા તરીકે, થર્મોકોમ્પ્રેશન બોન્ડિંગ પ્રક્રિયા પ્રક્રિયા નિયંત્રણ મુદ્દાઓમાં પડકારોનો સામનો કરે છે, જેમ કે અસમાન તાપમાન અને નાના કદના સોલ્ડરનું અનિયંત્રિત ગલન. થર્મોકોમ્પ્રેશન બોન્ડિંગ દરમિયાન, તાપમાન, દબાણ, સ્થિતિ, વગેરે ચોક્કસ નિયંત્રણ આવશ્યકતાઓને પૂર્ણ કરે છે.

 

2.7 ફ્લિપ ચિપ બોન્ડિંગ પ્રક્રિયા

ફ્લિપ ચિપ બોન્ડિંગ પ્રક્રિયાનો સિદ્ધાંત આકૃતિ 2 માં બતાવવામાં આવ્યો છે. ફ્લિપ મિકેનિઝમ વેફરમાંથી ચિપને ઉપાડે છે અને ચિપને સ્થાનાંતરિત કરવા માટે તેને 180° ફ્લિપ કરે છે. સોલ્ડરિંગ હેડ નોઝલ ફ્લિપ મિકેનિઝમમાંથી ચિપને ઉપાડે છે, અને ચિપની બમ્પ દિશા નીચે તરફ છે. વેલ્ડિંગ હેડ નોઝલ પેકેજિંગ સબસ્ટ્રેટની ટોચ પર જાય પછી, તે બોન્ડમાં નીચે તરફ જાય છે અને પેકેજિંગ સબસ્ટ્રેટ પર ચિપને ઠીક કરે છે.

 

ફ્લિપ ચિપ પેકેજીંગ એ અદ્યતન ચિપ ઇન્ટરકનેક્શન ટેકનોલોજી છે અને અદ્યતન પેકેજીંગ ટેકનોલોજીની મુખ્ય વિકાસ દિશા બની છે. તે ઉચ્ચ ઘનતા, ઉચ્ચ પ્રદર્શન, પાતળી અને ટૂંકી લાક્ષણિકતાઓ ધરાવે છે અને તે સ્માર્ટફોન અને ટેબ્લેટ જેવા ગ્રાહક ઇલેક્ટ્રોનિક ઉત્પાદનોની વિકાસ જરૂરિયાતોને પૂર્ણ કરી શકે છે. ફ્લિપ ચિપ બોન્ડિંગ પ્રક્રિયા પેકેજિંગની કિંમત ઓછી કરે છે અને સ્ટેક્ડ ચિપ્સ અને ત્રિ-પરિમાણીય પેકેજિંગનો અનુભવ કરી શકે છે. 2.5D/3D ઈન્ટીગ્રેટેડ પેકેજીંગ, વેફર-લેવલ પેકેજીંગ અને સિસ્ટમ-લેવલ પેકેજીંગ જેવા પેકેજીંગ ટેકનોલોજી ક્ષેત્રોમાં તેનો વ્યાપક ઉપયોગ થાય છે. ફ્લિપ ચિપ બોન્ડિંગ પ્રક્રિયા એ અદ્યતન પેકેજિંગ તકનીકમાં સૌથી વધુ ઉપયોગમાં લેવાતી અને સૌથી વધુ ઉપયોગમાં લેવાતી સોલિડ ડાઇ બોન્ડિંગ પ્રક્રિયા છે.