Çip üretim sürecinin tam açıklaması (2/2): levhadan paketleme ve teste kadar

Her yarı iletken ürünün üretimi yüzlerce süreç gerektirir ve tüm üretim süreci sekiz adıma bölünmüştür:levha işleme - oksidasyon - fotolitografi - dağlama - ince film biriktirme - ara bağlantı - test - paketleme.

Adım 5: İnce film biriktirme

Çipin içindeki mikro cihazları oluşturmak için sürekli olarak ince film katmanları biriktirip aşındırma yoluyla fazla parçaları çıkarmamız ve ayrıca farklı cihazları ayırmak için bazı malzemeler eklememiz gerekiyor. Her transistör veya bellek hücresi, yukarıdaki işlemle adım adım oluşturulur. Burada bahsettiğimiz "ince film", kalınlığı 1 mikrondan (μm, metrenin milyonda biri) daha az olan, sıradan mekanik işleme yöntemleriyle üretilemeyen "film" anlamına gelir. Gerekli moleküler veya atomik birimleri içeren bir filmin bir levha üzerine yerleştirilmesi işlemi "biriktirme"dir.

Çok katmanlı bir yarı iletken yapı oluşturmak için, önce bir cihaz yığını yapmamız, yani levhanın yüzeyinde çok sayıda ince metal (iletken) film ve dielektrik (yalıtım) film katmanını dönüşümlü olarak istiflememiz ve ardından fazlalığı gidermemiz gerekir. Üç boyutlu bir yapı oluşturmak için tekrarlanan aşındırma işlemleriyle parçalar. Biriktirme işlemleri için kullanılabilecek teknikler arasında kimyasal buhar biriktirme (CVD), atomik katman biriktirme (ALD) ve fiziksel buhar biriktirme (PVD) yer alır ve bu teknikleri kullanan yöntemler kuru ve ıslak biriktirme olarak ikiye ayrılabilir.

Kimyasal buhar biriktirme (CVD)

Kimyasal buhar biriktirmede, öncü gazlar bir reaksiyon odasında tepkimeye girerek levhanın yüzeyine yapışan ince bir film oluşturur ve yan ürünler odadan dışarı pompalanır. Plazmayla güçlendirilmiş kimyasal buhar biriktirme, reaktan gazları üretmek için plazmayı kullanır. Bu yöntem reaksiyon sıcaklığını düşürerek sıcaklığa duyarlı yapılar için idealdir. Plazma kullanmak aynı zamanda birikim sayısını da azaltabilir ve bu da genellikle daha yüksek kaliteli filmlerin elde edilmesini sağlar.

Atomik katman birikimi (ALD)

Atomik katman biriktirme, bir seferde yalnızca birkaç atom katmanını biriktirerek ince filmler oluşturur. Bu yöntemin anahtarı, belirli bir sırayla gerçekleştirilen bağımsız adımların döngülenmesi ve iyi kontrolün sağlanmasıdır. Gofret yüzeyinin bir öncü ile kaplanması ilk adımdır ve daha sonra farklı gazlar, gofret yüzeyinde istenen maddeyi oluşturmak üzere öncü ile reaksiyona girmek üzere dahil edilir.

Fiziksel buhar biriktirme (PVD)

Adından da anlaşılacağı gibi fiziksel buhar biriktirme, ince filmlerin fiziksel yollarla oluşturulmasını ifade eder. Püskürtme, atomları bir hedeften püskürtmek ve bunları ince bir film oluşturmak üzere bir levhanın yüzeyine biriktirmek için argon plazmasını kullanan fiziksel bir buhar biriktirme yöntemidir. Bazı durumlarda biriktirilen film, ultraviyole termal işlem (UVTP) gibi tekniklerle işlenebilir ve iyileştirilebilir.

Adım 6: Ara Bağlantı

Yarı iletkenlerin iletkenliği iletkenler ile iletken olmayanlar (yani yalıtkanlar) arasındadır ve bu da bize elektrik akışını tam olarak kontrol etmemizi sağlar. Plaka bazlı litografi, dağlama ve biriktirme işlemleri, transistörler gibi bileşenler oluşturabilir, ancak güç ve sinyallerin iletimini ve alımını sağlamak için bunların birbirine bağlanması gerekir.

Metaller iletkenliklerinden dolayı devre ara bağlantısında kullanılır. Yarı iletkenler için kullanılan metallerin aşağıdaki koşulları karşılaması gerekir:

· Düşük direnç: Metal devrelerin akım geçirmesi gerektiğinden, içindeki metallerin direncinin düşük olması gerekir.

· Termokimyasal stabilite: Metal ara bağlantı işlemi sırasında metal malzemelerin özellikleri değişmeden kalmalıdır.

· Yüksek güvenilirlik: Entegre devre teknolojisi geliştikçe az miktardaki metal ara bağlantı malzemelerinin bile yeterli dayanıklılığa sahip olması gerekmektedir.

· Üretim maliyeti: İlk üç koşul sağlansa bile malzeme maliyeti seri üretim ihtiyacını karşılamayacak kadar yüksektir.

Ara bağlantı işleminde esas olarak alüminyum ve bakır olmak üzere iki malzeme kullanılır.

Alüminyum Arabağlantı Prosesi

Alüminyum ara bağlantı süreci, alüminyum biriktirme, fotorezist uygulaması, maruz kalma ve geliştirme ile başlar ve ardından oksidasyon işlemine girmeden önce fazla alüminyumu ve fotorezisti seçici olarak çıkarmak için dağlama yapılır. Yukarıdaki adımlar tamamlandıktan sonra fotolitografi, dağlama ve biriktirme işlemleri ara bağlantı tamamlanana kadar tekrarlanır.

Mükemmel iletkenliğine ek olarak alüminyumun fotolitografisi, aşındırılması ve biriktirilmesi de kolaydır. Ayrıca maliyeti düşüktür ve oksit filme iyi yapışma özelliğine sahiptir. Dezavantajları ise kolay korozyona uğraması ve düşük erime noktasına sahip olmasıdır. Ayrıca alüminyumun silikonla reaksiyona girerek bağlantı sorunlarına yol açmasını önlemek için alüminyumu levhadan ayırmak amacıyla metal birikintilerinin eklenmesi gerekir. Bu depozitoya "bariyer metali" denir.

Alüminyum devreler biriktirme yoluyla oluşturulur. Gofret vakum odasına girdikten sonra alüminyum parçacıklarının oluşturduğu ince bir film gofretin üzerine yapışacaktır. Bu işleme, kimyasal buhar biriktirme ve fiziksel buhar biriktirmeyi içeren "buhar biriktirme (VD)" adı verilir.

Bakır Arabağlantı Süreci

Yarı iletken işlemler daha karmaşık hale geldikçe ve cihaz boyutları küçüldükçe, alüminyum devrelerin bağlantı hızı ve elektriksel özellikleri artık yeterli olmuyor ve hem boyut hem de maliyet gereksinimlerini karşılayan yeni iletkenlere ihtiyaç duyuluyor. Bakırın alüminyumun yerini almasının ilk nedeni, daha düşük dirence sahip olmasıdır, bu da daha hızlı cihaz bağlantı hızlarına olanak tanır. Bakır ayrıca daha güvenilirdir çünkü elektromigrasyona, yani akım bir metalden geçtiğinde metal iyonlarının hareketine alüminyumdan daha dayanıklıdır.

Ancak bakır kolayca bileşik oluşturmaz, bu da buharlaşmasını ve levha yüzeyinden çıkarılmasını zorlaştırır. Bu sorunu çözmek için, bakırı aşındırmak yerine, gerektiğinde hendekler ve geçitlerden oluşan metal çizgi desenleri oluşturan dielektrik malzemeleri biriktirip aşındırıyoruz ve ardından "damascene" adı verilen bir işlem olan ara bağlantıyı sağlamak için yukarıda bahsedilen "desenleri" bakırla dolduruyoruz. .

Bakır atomları dielektrik içerisine yayılmaya devam ettikçe dielektrik izolasyonu azalır ve bakır atomlarının daha fazla difüzyonunu engelleyen bir bariyer tabakası oluşur. Daha sonra bariyer tabakası üzerinde ince bir bakır tohum tabakası oluşur. Bu adım, yüksek en-boy oranlı desenlerin bakırla doldurulması olan elektrokaplamaya izin verir. Doldurduktan sonra fazla bakır, metal kimyasal mekanik parlatma (CMP) ile giderilebilir. Tamamlandıktan sonra bir oksit filmi biriktirilebilir ve fazla film, fotolitografi ve dağlama işlemleriyle çıkarılabilir. Bakır ara bağlantısı tamamlanana kadar yukarıdaki işlemin tekrarlanması gerekir.

Yukarıdaki karşılaştırmadan, bakır ara bağlantı ile alüminyum ara bağlantı arasındaki farkın, fazla bakırın aşındırma yerine metal CMP ile uzaklaştırılması olduğu görülebilir.

Step 7: Testing

Testin temel amacı, hatalı ürünleri ortadan kaldırmak ve çipin güvenilirliğini artırmak için yarı iletken çipin kalitesinin belirli bir standardı karşılayıp karşılamadığını doğrulamaktır. Ayrıca test edilen kusurlu ürünler paketleme aşamasına girmeyeceğinden maliyet ve zamandan tasarruf sağlanır. Elektronik kalıp ayırma (EDS), levhalar için bir test yöntemidir.

EDS, her çipin elektriksel özelliklerini levha halinde doğrulayan ve böylece yarı iletken verimini artıran bir işlemdir. EDS aşağıdaki gibi beş adıma ayrılabilir:

01 Elektriksel parametre izleme (EPM)

EPM, yarı iletken çip testinin ilk adımıdır. Bu adım, yarı iletken entegre devreler için gerekli olan her cihazı (transistörler, kapasitörler ve diyotlar dahil) test ederek elektriksel parametrelerinin standartları karşıladığından emin olacaktır. EPM'nin ana işlevi, yarı iletken üretim süreçlerinin verimliliğini ve ürün performansını artırmak (kusurlu ürünleri tespit etmek değil) için kullanılacak ölçülen elektriksel karakteristik verilerini sağlamaktır.

02 Gofret Yaşlandırma Testi

Yarı iletken kusur oranı, üretim hatalarının oranı (erken aşamada daha yüksek) ve tüm yaşam döngüsündeki kusur oranı olmak üzere iki açıdan gelir. Plaka yaşlandırma testi, erken aşamada kusur içerebilecek ürünleri bulmak, yani potansiyel kusurları keşfederek nihai ürünün güvenilirliğini artırmak için yonga levhanın belirli bir sıcaklık ve AC/DC voltajı altında test edilmesini ifade eder.

03 Algılama

Yaşlandırma testi tamamlandıktan sonra, yarı iletken çipin bir prob kartı ile test cihazına bağlanması gerekir ve daha sonra ilgili yarı iletken fonksiyonlarını doğrulamak için levha üzerinde sıcaklık, hız ve hareket testleri yapılabilir. Belirli test adımlarının açıklaması için lütfen tabloya bakın.

04 Onarım

Onarım en önemli test adımıdır çünkü bazı hatalı talaşlar sorunlu bileşenlerin değiştirilmesiyle onarılabilir.

05 Noktalama

Elektrik testini geçemeyen çipler önceki adımlarda ayıklanmıştı ancak onları ayırt etmek için yine de işaretlenmeleri gerekiyor. Geçmişte, çıplak gözle tanımlanabilmelerini sağlamak için kusurlu çipleri özel mürekkeple işaretlememiz gerekiyordu, ancak artık sistem bunları test verisi değerine göre otomatik olarak sıralıyor.

Adım 8: Paketleme

Önceki birkaç işlemden sonra, gofret eşit büyüklükte kare yongalar ("tek yongalar" olarak da bilinir) oluşturacaktır. Bir sonraki yapılacak şey keserek bireysel talaşlar elde etmektir. Yeni kesilen çipler çok kırılgandır ve elektrik sinyali alışverişinde bulunamaz, dolayısıyla ayrı olarak işlenmeleri gerekir. Bu işlem, yarı iletken çipin dışında koruyucu bir kabuk oluşturulmasını ve dışarısıyla elektrik sinyalleri alışverişinde bulunmasını sağlayan paketlemedir. Paketleme sürecinin tamamı, levha testereyle kesme, tek çipli bağlantı, ara bağlantı, kalıplama ve paketleme testi olmak üzere beş adıma bölünmüştür.

01 Gofret kesme

Gofretin sayısız yoğun talaşını kesmek için, öncelikle gofretin arkasını, kalınlığı paketleme işleminin ihtiyaçlarını karşılayana kadar dikkatlice "taşlamamız" gerekir. Öğütmeden sonra, yarı iletken çip ayrılana kadar levha üzerindeki çizgi çizgisi boyunca kesebiliriz.

Üç tip levha kesme teknolojisi vardır: bıçakla kesme, lazerle kesme ve plazmayla kesme. Bıçakla dilimleme, sürtünmeden kaynaklanan ısıya ve kalıntılara eğilimli olan ve dolayısıyla levhaya zarar veren levhayı kesmek için elmas bıçağın kullanılmasıdır. Lazer dilimleme daha yüksek hassasiyete sahiptir ve ince kalınlıkta veya küçük çizgi aralığına sahip levhaları kolaylıkla işleyebilir. Plazma dilimleme, plazma gravür prensibini kullanır, dolayısıyla bu teknoloji, çizgi çizgisi aralığı çok küçük olsa bile uygulanabilir.

02 Tekli Gofret Aparatı

Tüm talaşlar levhadan ayrıldıktan sonra, ayrı ayrı talaşları (tekli levhalar) alt tabakaya (kurşun çerçeve) tutturmamız gerekir. Substratın işlevi, yarı iletken yongaları korumak ve bunların harici devrelerle elektrik sinyalleri alışverişinde bulunmasını sağlamaktır. Talaşları yapıştırmak için sıvı veya katı bant yapıştırıcıları kullanılabilir.

03 Ara bağlantı

Çipi alt tabakaya taktıktan sonra, elektrik sinyali alışverişini sağlamak için ikisinin temas noktalarını da bağlamamız gerekiyor. Bu adımda kullanılabilecek iki bağlantı yöntemi vardır: ince metal teller kullanarak tel bağlama ve küresel altın bloklar veya kalay bloklar kullanarak flip chip bağlama. Tel bağlama geleneksel bir yöntemdir ve flip chip bağlama teknolojisi yarı iletken üretimini hızlandırabilir.

04 Kalıplama

Yarı iletken çipin bağlantısı tamamlandıktan sonra, yarı iletken entegre devreyi sıcaklık, nem gibi dış koşullardan korumak için çipin dışına bir paket eklemek üzere bir kalıplama işlemine ihtiyaç duyulur. Paket kalıbı gerektiği gibi yapıldıktan sonra yarı iletken çipi ve epoksi kalıplama bileşiğini (EMC) kalıba koyup mühürlememiz gerekiyor. Mühürlü çip son formdur.

05 Paketleme Testi

Halihazırda son şeklini almış olan çiplerin de son kusur testini geçmesi gerekmektedir. Son teste giren tüm bitmiş yarı iletken çipler, bitmiş yarı iletken çiplerdir. Test ekipmanına yerleştirilecek ve elektriksel, işlevsel ve hız testleri için voltaj, sıcaklık ve nem gibi farklı koşulları ayarlayacaklar. Bu testlerin sonuçları kusurları bulmak ve ürün kalitesini ve üretim verimliliğini artırmak için kullanılabilir.

Ambalaj teknolojisinin gelişimi

Çip boyutu küçüldükçe ve performans gereksinimleri arttıkça ambalajlama son birkaç yılda birçok teknolojik yeniliğe uğradı. Geleceğe yönelik paketleme teknolojilerinden ve çözümlerinden bazıları, gofret düzeyinde paketleme (WLP), çarpma işlemleri ve yeniden dağıtım katmanı (RDL) teknolojisi gibi geleneksel arka uç işlemler için biriktirmenin yanı sıra ön uç için gravür ve temizleme teknolojilerinin kullanımını içerir. gofret imalatı.

Gelişmiş paketleme nedir?

Geleneksel paketleme, her bir çipin levhadan kesilip bir kalıba yerleştirilmesini gerektirir. Gofret düzeyinde paketleme (WLP), çipin hala gofret üzerinde doğrudan paketlenmesini ifade eden bir tür gelişmiş paketleme teknolojisidir. WLP'nin işlemi, önce paketlenip test etmek, ardından oluşan tüm talaşları tek seferde levhadan ayırmaktır. Geleneksel ambalajlamayla karşılaştırıldığında WLP'nin avantajı daha düşük üretim maliyetidir.

Gelişmiş paketleme 2D paketleme, 2.5D paketleme ve 3D paketlemeye ayrılabilir.

Daha küçük 2D paketleme

Daha önce de belirtildiği gibi paketleme işleminin temel amacı, yarı iletken çipin sinyalinin dışarıya gönderilmesini içerir ve levha üzerinde oluşturulan tümsekler, giriş/çıkış sinyallerinin gönderilmesi için temas noktalarıdır. Bu tümsekler fan-in ve fan-out olarak ikiye ayrılır. Yelpaze şeklindeki ilki çipin içindedir ve ikinci fan şeklindeki çip aralığının dışındadır. Giriş/çıkış sinyaline G/Ç (giriş/çıkış) diyoruz ve giriş/çıkış sayısına da G/Ç sayımı diyoruz. G/Ç sayısı paketleme yöntemini belirlemek için önemli bir temeldir. G/Ç sayısı düşükse fanlı paketleme kullanılır. Paketleme sonrasında çip boyutu pek değişmediğinden bu işleme çip ölçekli paketleme (CSP) veya gofret düzeyinde çip ölçekli paketleme (WLCSP) adı da verilir. G/Ç sayısı yüksekse genellikle yayılma paketlemesi kullanılır ve sinyal yönlendirmeyi etkinleştirmek için tümseklere ek olarak yeniden dağıtım katmanları (RDL'ler) gerekir. Bu, "yayılan gofret düzeyinde paketlemedir (FOWLP)."

2.5D paketleme

2.5D paketleme teknolojisi, iki veya daha fazla çip türünü tek bir pakete yerleştirirken sinyallerin yanal olarak yönlendirilmesine olanak tanıyarak paketin boyutunu ve performansını artırabilir. En yaygın kullanılan 2.5D paketleme yöntemi, bellek ve mantık çiplerini silikon bir aracı aracılığıyla tek bir pakete yerleştirmektir. 2.5D paketleme, silikon geçişli yollar (TSV'ler), mikro darbeler ve ince aralıklı RDL'ler gibi temel teknolojileri gerektirir.

3D paketleme

3D paketleme teknolojisi, iki veya daha fazla çip türünü tek bir pakete yerleştirirken sinyallerin dikey olarak yönlendirilmesine de olanak tanıyor. Bu teknoloji daha küçük ve daha yüksek G/Ç sayılı yarı iletken yongalar için uygundur. TSV, yüksek G/Ç sayısına sahip yongalar için kullanılabilir ve kablo bağlama, düşük G/Ç sayısına sahip yongalar için kullanılabilir ve sonuçta yongaların dikey olarak düzenlendiği bir sinyal sistemi oluşturur. 3D paketleme için gereken temel teknolojiler arasında TSV ve micro-bump teknolojisi yer alıyor.

Şimdiye kadar, yarı iletken ürün imalatının sekiz adımı olan "wafer işleme - oksidasyon - fotolitografi - gravür - ince film biriktirme - ara bağlantı - test - paketleme" tamamen tanıtıldı. "Kum"dan "talaşa" kadar yarı iletken teknolojisi, "taşları altına çevirmenin" gerçek versiyonunu gerçekleştiriyor.

VeTek Semiconductor profesyonel bir Çinli üreticidir.Tantal Karbür Kaplama, Silisyum Karbür Kaplama, Özel Grafit, Silisyum Karbür SeramiklerVeDiğer Yarı İletken Seramikler. VeTek Semiconductor, yarı iletken endüstrisi için çeşitli SiC Gofret ürünlerine yönelik gelişmiş çözümler sunmaya kendini adamıştır.

Yukarıdaki ürünlerle ilgileniyorsanız, lütfen doğrudan bizimle iletişime geçmekten çekinmeyin.  

Mobil: +86-180 6922 0752

WhatsApp: +86 180 6922 0752

E-posta: anny@veteksemi.com