全球半導體封裝正在朝向先進封裝方向發展。先進封裝是指采用了先進的設計思路和先進的集成工藝,對芯片進行封裝級重構,并且能有效提高電子系統功能和密度的封裝技術。現階段先進封裝主要是指倒裝焊 (Flip Chip)、晶圓級封裝 (WLP)、2.5D封裝(Interposer)和3D封裝 (TSV)等。
根據Yole的數據,2019年全球先進封裝市場規模約290億美元,預計2025年增長到420億美元,年均復合增速約6.6%,高于整體封裝市場4%的增速和傳統封裝市場1.9%的增速。同時,隨著晶體管特征尺寸縮小到10nm以下,量子隧穿效應導致漏電愈發嚴重,基于摩爾定律的芯片研發和制造成本也會呈幾何倍數增加,摩爾定律延續遇到瓶頸。因此,先進封裝技術重要性日益凸顯。
先進封裝可以通過多種方式提高半導體產品的可靠性,例如采用更高質量的材料、優化設計、提高制造工藝等。其中,倒裝焊是一種常用的先進封裝技術,它是指將芯片翻轉后直接焊接在基板上的封裝方式,因為芯片與基板之間沒有引線,而是通過微小的焊點連接,這樣可以大大減小芯片與基板之間的距離,從而提高信號傳輸速度和可靠性。2.5D封裝和3D封裝也可以提高芯片之間的通信速度和可靠性。
說到這里,就不得不提到“半導體清洗工藝”的重要性。半導體器件在制造過程中會受到各種污染物和雜質的影響,例如油脂、灰塵、金屬顆粒等,這些污染物和雜質均會影響芯片的性能和可靠性。封裝之前對工件的清洗,不僅可以去除表面的污染物和雜質,還可以去除表面的氧化物和其他化學物質,為提升封裝的可靠性打下基礎。
半導體清洗工藝主要可分為濕法和干法兩種。
濕法清洗在目前而言仍是主流技術路線,它通過采用特定的化學藥液和去離子水,對晶圓表面進行無損傷清洗。主要包括RCA清洗法、超聲清洗等,濕法清洗具有效率高、成本較低等優點,但是也存在清洗時間長、不環保、易對工件造成二次污染等缺點。
干法清洗是指在清洗過程中不使用液體,而是使用氣體或固體顆粒進行清洗的一種方法。干法清洗中一般包括機械清洗、超聲波清洗、干冰清洗和等離子體清洗等。其中,等離子體清洗可以說是一種最高效的干法清洗工藝,它可以有效去除半導體表面的有機物、氧化物等污染物。干法清洗的優點在于清洗后無廢液,并且可有選擇性的進行局部處理。干法清洗能夠精準控制、清洗比較徹底以及不需要引入新雜質不會造成二次污染等,同時相較于濕法清洗有其獨有的優勢。
在等離子體清洗技術中,如今被運用較多的有射頻等離子清洗、超聲頻等離子清洗、微波等離子清洗,其中,采用微波等離子清洗的清洗效果可以說是最好的,并且它擁有無損傷、高效率、無二次污染、低工藝溫度等特點,也具備很強的材料表面活化能力,能提高材料的浸潤性,最大程度保證高可靠性芯片封裝的質量。
如前文中所提到的倒裝焊就是一個很好的例子,采用微波等離子體清洗,能夠對材料表面氧化、助焊劑殘留,樹脂殘跡、有機物等不同玷污物進行有效處理,使焊點更結實,從而顯著地改善封裝可靠性,并提高成品率。
在由中國電子信息產業發展研究院發布的半導體行業2023年策略報告中,所指出的發展方向包括了:
1)加大成品制造技術和產能的投資力度,規劃大規模晶圓級微系統集成新項目;
2)高可靠高密度陶瓷封裝技術、高可靠塑封技術、晶圓級封裝、2.5D 硅轉接板、TSV 疊層封裝、SiP封裝技術;
3)針對大功率功率器件及高可靠性汽車電子封測技術在迅速發展;
4)基于先進封裝平臺開發特色封裝產品線。
由此可見,先進封裝已經成為趨勢,即將迎來大爆發階段。在這樣的情況下,采取更優秀的清洗工藝和焊接工藝來大幅提升高可靠性芯片的封裝質量,應可以說是行業的未來方向之一。中科光智在微波等離子清洗技術以及真空回流焊技術上下了很多功夫,我們所提供的設備能帶來的效果也有目共睹。我們將繼續堅持在這兩項技術上的創新研發,并不斷優化產品,以滿足客戶需求。