การเชื่อมชิป หมายถึงกระบวนการเชื่อมต่อชิปเซมิคอนดักเตอร์ (หรือได) เข้ากับวัสดุรองรับ เช่น แผ่นวงจรพิมพ์ (PCB) โครงลวด หรือชิปอื่น การเชื่อมต่อนี้ให้ประโยชน์ดังนี้:
- การรองรับเชิงกล สำหรับชิปนั้น
- การเชื่อมต่อทางไฟฟ้า ระหว่างชิปกับแผ่นรองรับ
- การจัดการความร้อนระบายความร้อนที่เกิดขึ้นระหว่างการทำงาน
- การบรรเทาความเครียดทางกายภาพ เพื่อปรับปรุงความน่าเชื่อถือของอุปกรณ์
-
วิธีการแบบดั้งเดิม:
- การเชื่อมได (วางคว่ำหน้าลงโดยใช้กาว เช่น อีพ็อกซี่)
- การเชื่อมต่อสายไฟ (เชื่อมต่อแผ่นรองชิปกับแผ่นรองพื้นผิวด้วยลวดเส้นเล็ก)
-
วิธีการขั้นสูง:
- การเชื่อมต่อฟลิปชิป (ชิปถูกวางกลับด้าน โดยใช้ตะกั่วบัดกรีเพื่อสร้างการเชื่อมต่อโดยตรงระหว่างชิปกับแผ่นรองรับ)
- การเชื่อมแผ่นเวเฟอร์ (การเชื่อมต่อที่ระดับเวเฟอร์ก่อนการตัดแบ่ง)
พัฒนาขึ้นครั้งแรกโดย IBM การเชื่อมต่อฟลิปชิป ได้ปฏิวัติวงการบรรจุภัณฑ์โดยการเพิ่มความหนาแน่นของอินพุต/เอาต์พุตและปรับปรุงประสิทธิภาพทางไฟฟ้าให้ดียิ่งขึ้น
- โดยทั่วไปเกี่ยวข้องกับการใช้กาว กาวอีพ็อกซี่สำหรับยึดแม่พิมพ์ลงบนพื้นผิวหรือโครงตะกั่ว
- ชิปถูกวางไว้ หงายหน้าขึ้นโดยมีแผ่นเชื่อมต่อที่สามารถเข้าถึงได้สำหรับการเชื่อมต่อสายไฟในภายหลัง
- ชิ้นส่วนประกอบได้รับการบ่มใน อุโมงค์รีโฟลว์ หรืออบในเตาอบที่อุณหภูมิควบคุม (150–250°C) เพื่อทำให้กาวแข็งตัว
- วิธีการนี้ให้ความแข็งแรงเชิงกลที่ดีและใช้กันอย่างแพร่หลายใน บรรจุภัณฑ์ BGA และแพ็คเกจเซมิคอนดักเตอร์อื่นๆ
ความท้าทาย:
- การรักษาความหนาของอีพ็อกซี่ให้สม่ำเสมอเป็นสิ่งสำคัญอย่างยิ่งเพื่อป้องกันการบิดเบี้ยวหรือการเสียรูป
- ช่องว่างในชั้นกาวสามารถลดการนำความร้อนและความน่าเชื่อถือได้
- ชิปถูกพลิกกลับด้านเพื่อให้ บัดกรี แผ่นรองชิปจะหันเข้าหาพื้นผิวของวัสดุรองรับ
- ในระหว่างกระบวนการรีโฟลว์ เม็ดตะกั่วจะละลายและสร้างทั้ง... ไฟฟ้า และ พันธะเชิงกล.
- วิธีนี้ช่วยขจัดความจำเป็นในการต่อสายดิน ลดค่าความเหนี่ยวนำและความต้านทานที่ไม่พึงประสงค์
- รองรับการเชื่อมต่อความหนาแน่นสูง ทำให้เหมาะอย่างยิ่งสำหรับ แพ็คเกจชิปหลายตัว (MCP) การบูรณาการและอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์ขั้นสูง
ข้อดี:
- ประสิทธิภาพทางไฟฟ้าและการระบายความร้อนดีขึ้น
- ช่วยให้สามารถลดขนาดแพ็กเกจและเพิ่มจำนวนการอ่าน/เขียน (I/O) ได้มากขึ้น
- เลือกและวาง เป็นขั้นตอนสำคัญในกระบวนการเชื่อมชิป โดยที่ชิปแต่ละตัวจะถูกเชื่อมเข้าด้วยกัน เลือก จากแผ่นเวเฟอร์หรือเทปหั่น และ สถานที่ บนพื้นผิวอย่างแม่นยำ
- หลังจากหั่นเวเฟอร์แล้ว ชิ้นส่วนต่างๆ จะยังคงติดอยู่กับเทปอย่างหลวมๆ การดีดชิปออก กลไกจะยกชิปขึ้นอย่างนุ่มนวลเพื่อช่วยให้หัวดูดฝุ่นสามารถดูดชิปได้โดยไม่เกิดความเสียหาย
- การวางตำแหน่งชิปอย่างแม่นยำ (±1 ถึง 10 ไมครอน) เป็นสิ่งสำคัญอย่างยิ่งสำหรับการเชื่อมต่อที่เชื่อถือได้ โดยเฉพาะอย่างยิ่งใน การเชื่อมประสานด้วยความร้อน และ การเชื่อมด้วยคลื่นอัลตราโซนิค กระบวนการต่างๆ
การดีดชิปออก
- หลังจากหั่นแล้ว ชิ้นชิปจะติดกับเทปอย่างหลวมๆ
- ตัวดันชิปจะยกชิปขึ้นเล็กน้อย ทำให้เกิดขั้นบันไดสำหรับการดูดของหัวดูดสุญญากาศ
- เทปจะถูกยึดให้เรียบด้วยระบบสุญญากาศเพื่อป้องกันการติดหรือความเสียหาย
ฟิล์มยึดชิ้นงาน (DAF) เป็นฟิล์มกาวบางพิเศษที่เคลือบไว้ล่วงหน้าบนชิ้นส่วนหรือวัสดุรองรับ ซึ่งมีข้อดีหลายประการเหนือกว่าการใช้กาวอีพ็อกซี่แบบดั้งเดิม:
- จัดเตรียมให้ ความหนาสม่ำเสมอ และ การยึดติดแบบไร้ช่องว่าง หลังจากรักษาเสร็จแล้ว
- ช่วยลดความซับซ้อนของกระบวนการโดยการรวมตัวรองรับเทปกาวสำหรับตัดชิ้นส่วนเข้ากับกาวสำหรับติดชิ้นส่วน
- ช่วยเพิ่มความน่าเชื่อถือในการบรรจุภัณฑ์เซมิคอนดักเตอร์ความหนาแน่นสูง รวมถึง ลูกเต๋าซ้อนกัน และ การลดจำนวนบรรจุภัณฑ์.
- ใช้งานได้กับทั้งสองแบบ ใบมีด และ การหั่นด้วยเลเซอร์ กระบวนการต่างๆ
ข้อควรพิจารณา:
- ต้องใช้อุปกรณ์ที่มีความแม่นยำสูงเพื่อหลีกเลี่ยงการดักจับอากาศและการเสียรูปของฟิล์ม
- มีคุณสมบัติทนความร้อนและมีความแข็งแรงเชิงกลดีเยี่ยม เหมาะสำหรับสภาพแวดล้อมที่มีการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิอย่างต่อเนื่อง
การเลือกวัสดุรองรับมีผลต่อกระบวนการยึดติด:
- โครงตะกั่ว เป็นวัสดุพื้นฐานแบบดั้งเดิมที่ใช้ในบรรจุภัณฑ์หลายประเภท
- แผงวงจรพิมพ์ มีบทบาทสำคัญในงานที่ต้องการปริมาณมากและบรรจุภัณฑ์ขนาดเล็ก เนื่องจากมีความอเนกประสงค์สูง
- วัสดุรองรับขั้นสูงอาจรวมถึง ไพลิน, กระจก, หรือ ซิลิคอน สำหรับอุปกรณ์เฉพาะทาง
วิธีการยึดติด เช่น การเชื่อมประสานด้วยความร้อน และ การเชื่อมด้วยคลื่นอัลตราโซนิค จะถูกนำมาใช้โดยขึ้นอยู่กับวัสดุพื้นผิวและข้อกำหนดของอุปกรณ์
- การเชื่อมประสานด้วยความร้อน: ใช้ความร้อนและแรงดันในการเชื่อมชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์เข้ากับวัสดุรองรับ โดยมักใช้ตะกั่วบัดกรีหรือกาวนำไฟฟ้า
- การยึดติดด้วยคลื่นอัลตราโซนิค: ใช้พลังงานอัลตราโซนิกในการสร้างพันธะ ซึ่งนิยมใช้ในงานเชื่อมต่อสายไฟและงานยึดชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์บางประเภท
- เทคโนโลยีการเชื่อมต่อด้วยการบัดกรี: ปุ่มบัดกรีมีความสำคัญอย่างยิ่งในการเชื่อมต่อแบบฟลิปชิป โดยทำหน้าที่เชื่อมต่อทั้งทางไฟฟ้าและทางกล
- การเชื่อมแผ่นเวเฟอร์: เชื่อมต่อแผ่นเวเฟอร์ทั้งหมดเข้าด้วยกันก่อนการตัดแบ่ง ทำให้สามารถสร้างวงจรไอซี 3 มิติ และโซลูชันบรรจุภัณฑ์ขั้นสูงได้
MCP (Multiple Convolution Panel) คือการรวมชิปหลายตัวไว้ในแพ็คเกจเดียวเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการทำงานและลดขนาดพื้นที่ การเชื่อมต่อชิปและการยึดติดกับพื้นผิวอย่างมีประสิทธิภาพมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อความน่าเชื่อถือของ MCP เทคนิคต่างๆ เช่น ฟิล์มยึดติดชิ้นส่วน และ การเชื่อมต่อฟลิปชิป ช่วยให้สามารถวางซ้อนและเชื่อมต่อกันได้ในความหนาแน่นสูง
- การเชื่อมไดและการเชื่อมชิป เป็นส่วนประกอบพื้นฐานสำหรับการประกอบอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์ ซึ่งส่งผลต่อประสิทธิภาพและความน่าเชื่อถือทางไฟฟ้า
- แบบดั้งเดิม กาวอีพ็อกซี่สำหรับยึดแม่พิมพ์ ยังคงมีการใช้งานอย่างแพร่หลาย แต่ก็มีการเสริมด้วยสิ่งอื่นๆ เพิ่มมากขึ้นเรื่อยๆ ฟิล์มยึดชิ้นงาน (DAF) เพื่อให้ได้ความสม่ำเสมอและประสิทธิภาพของกระบวนการที่ดีขึ้น
- การเชื่อมต่อฟลิปชิป การใช้ตะกั่วบัดกรีช่วยให้สามารถสร้างบรรจุภัณฑ์ที่มีความหนาแน่นสูงและประสิทธิภาพสูง ซึ่งเป็นสิ่งสำคัญสำหรับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สมัยใหม่
- แม่นยำ เลือกและวาง และ การดีดชิปออก กลไกต่างๆ ช่วยให้มั่นใจได้ว่าการวางแม่พิมพ์มีความแม่นยำ
- การเลือกวิธีการยึดติดขึ้นอยู่กับประเภทของบรรจุภัณฑ์ วัสดุรองรับ และข้อกำหนดของการใช้งาน
- ความก้าวหน้าอย่างต่อเนื่องในเทคโนโลยีการเชื่อมต่อสนับสนุนแนวโน้มไปสู่แพ็คเกจเซมิคอนดักเตอร์ที่มีขนาดเล็กลง บางลง และซับซ้อนมากขึ้น เช่น บรรจุภัณฑ์ BGA และ แพ็คเกจชิปหลายตัว.
ความเข้าใจในหลากหลายด้าน การเชื่อมได และ การเชื่อมต่อชิป เทคนิคเหล่านี้มีความสำคัญอย่างยิ่งสำหรับผู้ผลิตเซมิคอนดักเตอร์ที่มุ่งหวังที่จะเพิ่มประสิทธิภาพและความน่าเชื่อถือของบรรจุภัณฑ์ จากวิธีการแบบดั้งเดิม กาวอีพ็อกซี่สำหรับยึดแม่พิมพ์ ขั้นสูง การเชื่อมต่อฟลิปชิป และ ฟิล์มแนบ เทคโนโลยีการเชื่อมต่อแต่ละวิธีมีข้อดีเฉพาะตัวที่เหมาะสมกับการใช้งานเฉพาะด้าน เนื่องจากอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์มีขนาดเล็ลงและมีความหลากหลายมากขึ้น การนำนวัตกรรมการเชื่อมต่อเหล่านี้มาใช้จะเป็นกุญแจสำคัญในการตอบสนองความต้องการของอุตสาหกรรมในอนาคต
ศึกษาเพิ่มเติมเกี่ยวกับเทคโนโลยีการบรรจุและการเชื่อมต่อเซมิคอนดักเตอร์เพื่อก้าวล้ำนำหน้าในสาขาที่มีการเปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็วนี้ แชร์บทความนี้หรือติดต่อผู้เชี่ยวชาญในอุตสาหกรรมเพื่อเพิ่มพูนความรู้และปรับปรุงกระบวนการผลิตของคุณได้แล้ววันนี้!
