반도체 다이에 관한 연구본딩 과정, 접착 본딩 공정, 공융 본딩 공정, 소프트 솔더 본딩 공정, 은소결 본딩 공정, 핫 프레싱 본딩 공정, 플립 칩 본딩 공정을 포함합니다. 반도체 다이본딩 장비의 종류와 주요 기술지표를 소개하고, 개발 현황을 분석하며, 개발 동향을 전망한다.
1 반도체 산업 및 패키징 개요
반도체 산업에는 특히 업스트림 반도체 재료 및 장비, 미드스트림 반도체 제조, 다운스트림 애플리케이션이 포함됩니다. 우리나라의 반도체 산업은 늦게 시작되었지만 거의 10년 동안 급속한 발전을 이룬 끝에 우리나라는 세계 최대의 반도체 제품 소비자 시장이자 세계 최대의 반도체 장비 시장이 되었습니다. 반도체 산업은 장비 1세대, 공정 1세대, 제품 1세대의 형태로 급속하게 발전해 왔습니다. 반도체 공정 및 장비에 대한 연구는 산업의 지속적인 발전과 반도체 제품의 산업화와 대량생산을 보장하는 핵심 원동력입니다.
반도체 패키징 기술의 발전 역사는 지속적인 칩 성능 향상과 지속적인 시스템 소형화의 역사입니다. 패키징 기술의 내부 원동력은 하이엔드 스마트폰 분야에서 고성능 컴퓨팅, 인공지능 등 분야로 진화했다. 반도체 패키징 기술 개발의 4단계는 표 1에 나와 있습니다.
반도체 리소그래피 공정 노드가 10nm, 7nm, 5nm, 3nm, 2nm로 이동함에 따라 R&D 및 생산 비용은 계속 증가하고 수율은 감소하며 무어의 법칙은 둔화됩니다. 현재 트랜지스터 밀도의 물리적 한계와 제조 비용의 엄청난 증가로 인해 제약을 받고 있는 산업 발전 추세의 관점에서 볼 때, 패키징은 소형화, 고밀도, 고성능, 고속, 고주파, 고집적화 방향으로 발전하고 있습니다. 반도체 산업은 포스트 무어(Post-Moore) 시대에 접어들었고 첨단 공정은 더 이상 웨이퍼 제조 기술 노드의 고도화에만 집중되지 않고 점차 첨단 패키징 기술로 전환되고 있습니다. 첨단 패키징 기술은 기능을 향상시키고 제품 가치를 높일 수 있을 뿐만 아니라 제조 비용을 효과적으로 절감할 수 있어 무어의 법칙을 이어가는 중요한 경로가 되고 있습니다. 한편, 핵심 입자 기술은 복잡한 시스템을 이종 및 이종 패키징으로 패키징할 수 있는 여러 패키징 기술로 분할하는 데 사용됩니다. 반면, 통합 시스템 기술은 다양한 재료와 구조의 장치를 통합하는 데 사용되며 이는 고유한 기능적 이점을 가지고 있습니다. 마이크로일렉트로닉스 기술을 이용하여 다양한 재료의 다양한 기능과 장치의 통합을 실현하고, 집적회로에서 집적시스템으로의 발전을 실현합니다.
반도체 패키징은 칩 제품화의 출발점이자 칩 내부 세계와 외부 시스템을 연결하는 가교 역할을 합니다. 현재는 전통적인 반도체 패키징 및 테스트 업체 외에 반도체웨이퍼파운드리, 반도체 설계업체, 종합부품업체 등 첨단 패키징이나 관련 핵심 패키징 기술을 적극적으로 개발하고 있다.
전통적인 포장 기술의 주요 공정은 다음과 같습니다.웨이퍼Thinning, Cutting, Die Bonding, Wire Bonding, Plastic Sealing, Electroplating, Rib Cutting 및 Molding 등 그 중 다이본딩 공정은 가장 복잡하고 중요한 패키징 공정 중 하나이며, 다이본딩 공정 장비도 그 중 하나입니다. 반도체 패키징에 있어 가장 중요한 핵심장비이자, 시장가치가 가장 높은 패키징 장비 중 하나입니다. 첨단 패키징 기술은 리소그래피, 에칭, 금속화, 평탄화 등의 프런트엔드 공정을 사용하지만, 가장 중요한 패키징 공정은 여전히 다이본딩 공정입니다.
2 반도체 다이본딩 공정
2.1 개요
다이 본딩 공정은 칩 로딩(Chip Loading), 코어 로딩(Core Loading), 다이 본딩(Die Bonding), 칩 본딩 공정 등으로도 불린다. 다이 본딩 공정은 그림 1과 같다. 일반적으로 다이 본딩은 용접 헤드를 사용하여 웨이퍼에서 칩을 픽업하는 것이다. 진공을 이용하여 노즐을 흡입하고, 육안으로 확인되는 리드프레임이나 패키징 기판의 지정된 패드 부위에 올려 칩과 패드가 접착 고정됩니다. 다이 본딩 공정의 품질과 효율성은 후속 와이어 본딩의 품질과 효율성에 직접적인 영향을 미치므로 다이 본딩은 반도체 백엔드 공정의 핵심 기술 중 하나입니다.
다양한 반도체 제품 패키징 공정에는 현재 접착 본딩, 공융 본딩, 소프트 솔더 본딩, 은 소결 본딩, 핫 프레싱 본딩, 플립칩 본딩 등 6가지 주요 다이 본딩 공정 기술이 있습니다. 우수한 칩 본딩을 달성하려면 주로 다이 본딩 재료, 온도, 시간, 압력 및 기타 요소를 포함하여 다이 본딩 공정의 핵심 공정 요소가 서로 협력하도록 만드는 것이 필요합니다.
2. 2 접착제 접착 공정
접착 본딩 시 칩을 배치하기 전 리드 프레임이나 패키지 기판에 일정량의 접착제를 도포한 후 다이 본딩 헤드가 칩을 픽업하고 머신 비전 가이던스를 통해 칩이 본딩 위에 정확하게 안착됩니다. 접착제로 코팅된 리드 프레임 또는 패키지 기판의 위치와 다이 본딩 기계 헤드를 통해 특정 다이 본딩 힘이 칩에 적용되어 칩과 리드 프레임 또는 패키지 기판 사이에 접착층이 형성되어 다음을 달성합니다. 칩을 접착, 설치 및 고정하는 목적. 이 다이 본딩 공정은 다이 본딩 기계 앞에서 접착제를 도포해야 하기 때문에 글루 본딩 공정이라고도 합니다.
일반적으로 사용되는 접착제로는 에폭시 수지, 전도성 은 페이스트 등의 반도체 재료가 있습니다. 접착 본딩은 공정이 비교적 간단하고, 비용이 저렴하며, 다양한 재료를 사용할 수 있기 때문에 가장 널리 사용되는 반도체 칩 다이본딩 공정이다.
2.3 공융 본딩 공정
공융 본딩 중에 공융 본딩 재료는 일반적으로 칩 바닥이나 리드 프레임에 미리 도포됩니다. 공융 본딩 장비는 칩을 픽업하고 머신 비전 시스템의 안내를 받아 리드 프레임의 해당 본딩 위치에 칩을 정확하게 배치합니다. 칩과 리드 프레임은 가열과 압력의 결합 작용에 따라 칩과 패키지 기판 사이에 공융 접합 인터페이스를 형성합니다. 공융 본딩 프로세스는 리드 프레임 및 세라믹 기판 패키징에 자주 사용됩니다.
공융 접합 재료는 일반적으로 특정 온도에서 두 재료가 혼합됩니다. 일반적으로 사용되는 재료로는 금과 주석, 금과 실리콘 등이 있습니다. 공융 본딩 공정을 사용할 경우 리드 프레임이 위치한 트랙 전송 모듈이 프레임을 예열합니다. 공융 결합 프로세스 실현의 핵심은 공융 결합 재료가 두 구성 재료의 융점보다 훨씬 낮은 온도에서 녹아 결합을 형성할 수 있다는 것입니다. 공융 접합 공정에서도 프레임이 산화되는 것을 방지하기 위해 리드 프레임을 보호하기 위해 수소, 질소 혼합가스 등의 보호가스를 트랙에 투입하는 경우가 많다.
2. 4 소프트 솔더 본딩 공정
소프트 솔더 본딩의 경우 칩을 배치하기 전에 리드 프레임의 본딩 위치를 주석 도금 및 압착하거나 이중 주석 도금 처리하고 트랙에서 리드 프레임을 가열해야 합니다. 소프트 솔더 본딩 공정의 장점은 열전도율이 좋다는 점이며, 단점은 산화가 쉽고 공정이 상대적으로 복잡하다는 점이다. 트랜지스터 아웃라인 패키징 등 전력소자의 리드프레임 패키징에 적합합니다.
2. 5은 소결 접합 공정
현재 3세대 전력반도체 칩의 가장 유망한 본딩 공정은 전도성 접착제에 접속을 담당하는 에폭시 수지 등의 고분자를 혼합하는 금속입자 소결 기술을 활용하는 것이다. 전기 전도성, 열 전도성 및 고온 서비스 특성이 우수합니다. 이는 최근 3세대 반도체 패키징 분야에서 더욱 획기적인 발전을 이루는 핵심 기술이기도 하다.
2.6 열압착 접합 공정
고성능 3차원 집적 회로의 패키징 애플리케이션에서 칩 인터커넥트 입력/출력 피치, 범프 크기 및 피치의 지속적인 감소로 인해 반도체 회사 Intel은 고급 소형 피치 본딩 애플리케이션을 위한 열압착 본딩 프로세스를 시작했습니다. 40~50μm 또는 심지어 10μm 피치의 범프 칩. 열압착 본딩 공정은 칩-웨이퍼 및 칩-기판 애플리케이션에 적합합니다. 빠른 다단계 공정인 열압착 접합 공정은 고르지 않은 온도와 소량 솔더의 제어할 수 없는 용융과 같은 공정 제어 문제에 직면해 있습니다. 열압착 접합 중에는 온도, 압력, 위치 등이 정밀한 제어 요구 사항을 충족해야 합니다.
2.7 플립칩 본딩 공정
플립 칩 본딩 프로세스의 원리는 그림 2에 나와 있습니다. 플립 메커니즘은 웨이퍼에서 칩을 집어 올리고 180° 뒤집어 칩을 전달합니다. 납땜 헤드 노즐은 플립 메커니즘에서 칩을 집어 올리고 칩의 범프 방향은 아래쪽을 향합니다. 용접 헤드 노즐은 포장 기판 상단으로 이동한 후 아래로 이동하여 칩을 포장 기판에 접착 고정합니다.
플립 칩 패키징은 고급 칩 상호 연결 기술이며 고급 패키징 기술의 주요 개발 방향이 되었습니다. 고밀도, 고성능, 얇고 짧은 특성을 가지며 스마트폰, 태블릿 등 소비자 전자 제품의 개발 요구 사항을 충족할 수 있습니다. 플립칩 본딩 공정을 통해 패키징 비용을 낮추고 칩 적층 및 3차원 패키징을 구현할 수 있다. 2.5D/3D 통합 패키징, 웨이퍼 레벨 패키징, 시스템 레벨 패키징 등 패키징 기술 분야에서 널리 사용됩니다. 플립 칩 본딩 공정은 고급 패키징 기술에서 가장 널리 사용되고 가장 널리 사용되는 솔리드 다이 본딩 공정입니다.
게시 시간: 2024년 11월 18일