印刷掀半導(dǎo)體后工序革命，多品種少量變量生產(chǎn)成為可能

今后，IoT（物聯(lián)網(wǎng)）設(shè)備普及伴隨的課題——半導(dǎo)體封裝的多品種、少量、變量生產(chǎn)將得到解決。有一家企業(yè)已經(jīng)開(kāi)發(fā)出了這樣的芯片裝配技術(shù)。那就是2009年成立、總部設(shè)在日本新潟縣妙高市的ConNECTEC JAPAN。現(xiàn)在主要從事半導(dǎo)體后工序的受托開(kāi)發(fā)和制造。

ConNECTEC JAPAN自主開(kāi)發(fā)的裝配技術(shù)名叫“MonSTER PAC”。該公司代表董事平田勝則介紹說(shuō)，“不僅可以多品種少量生產(chǎn)，還能一舉解決因low-k化而脆化的半導(dǎo)體芯片的安裝、在不耐高溫的基板上的安裝、MEMS（微電子機(jī)械系統(tǒng)）倒裝芯片安裝等目前半導(dǎo)體后工序存在的課題”。

利用凹版印刷實(shí)現(xiàn)

MonSTER PAC的關(guān)鍵，是在基板側(cè)設(shè)置用來(lái)接合芯片和基板的微凸點(diǎn)。微凸點(diǎn)使用凹版印刷技術(shù)形成（圖1），墨水采用銀納米膏。形成凸點(diǎn)后在其上方涂布非導(dǎo)電性樹(shù)脂。

平田稱(chēng)，因?yàn)槭怯∷⒎绞剑浴翱梢栽谌魏位宀牧仙闲纬刹季€，實(shí)現(xiàn)多品種少量生產(chǎn)”。而且，這種方式不僅可以縮短形成微凸點(diǎn)的時(shí)間，還可以大幅簡(jiǎn)化裝置。

原來(lái)的方法是在芯片上形成微凸點(diǎn)，要對(duì)晶圓進(jìn)行電鍍處理。這必須經(jīng)過(guò)形成光刻膠膜、電鍍處理、剝離光刻膠膜等步驟才能實(shí)現(xiàn)，而且裝置的體積都較大。采用印刷方式可以省去這些處理。

還技術(shù)還能用于MEMS倒裝芯片的裝配。MEMS的芯片上有溝槽等結(jié)構(gòu)體，芯片的電極不能進(jìn)行電鍍處理。但MonSTER PAC技術(shù)無(wú)需對(duì)芯片進(jìn)行加工，因此可以用于倒裝芯片的裝配。

在低溫和低載荷下進(jìn)行接合

與以往技術(shù)相比，MonSTER PAC的芯片裝配操作也有所簡(jiǎn)化。只要在印刷了微凸點(diǎn)的基板上放置芯片，施加170℃、0.12g/凸點(diǎn)的載荷，就能完成接合。而采用在芯片上形成微凸點(diǎn)的方法時(shí)，需要2.4g/凸點(diǎn)的接合載荷，并加熱到260℃。2.4g/凸點(diǎn)的載荷看上去很小，但幾千個(gè)微凸點(diǎn)相加，需要施加相當(dāng)大的力。在強(qiáng)大的作用力下，芯片有時(shí)會(huì)發(fā)生破損。

這種問(wèn)題最近尤為突出。這是因?yàn)椋瑸榱藴p少微細(xì)化造成的布線間電容量的影響，用來(lái)支撐布線的層間絕緣膜材料傾向于選擇介電常數(shù)低的low-k材料。實(shí)現(xiàn)low-k的一般方法是采用多孔質(zhì)材料，使介電常數(shù)接近空氣。因?yàn)閮?nèi)部開(kāi)有很多小孔，所以材料強(qiáng)度會(huì)減弱。而MonSTER PAC無(wú)需顧忌此類(lèi)問(wèn)題，不受任何影響。

除此之外，MonSTER PAC還具有一種安裝設(shè)備適用于陶瓷、有機(jī)材料、薄膜材料等多種基板材料的特點(diǎn)。極端地說(shuō)，可以在每道工序安裝不同的基板。而使用傳統(tǒng)方式時(shí)，必須為不同的基板材料準(zhǔn)備不同的設(shè)備。這種不挑剔材料的特點(diǎn)，非常適合少量多品種生產(chǎn)。

有意對(duì)外銷(xiāo)售技術(shù)

ConNECTEC JAPAN正在開(kāi)發(fā)以10μm為間隔的凸點(diǎn)布線技術(shù)，實(shí)用化已有了眉目（圖2）。在晶圓上電鍍形成凸點(diǎn)的通常方式長(zhǎng)期受到40μm的制約。原因是接合需要加熱，會(huì)使有機(jī)材料大幅膨脹。而CONNECTEC正在開(kāi)發(fā)的技術(shù)可以在130℃的溫度下接合，膨脹量小，因此間隔可以縮小到10μm。間隔縮小到10μm后，封裝的面積可以縮小75％。“到2017年，使用10μm間隔技術(shù)的產(chǎn)品可以投入量產(chǎn)”（平田）。

MonSTER PAC目前只在ConNECTEC JAPAN的內(nèi)部使用，今后計(jì)劃廣泛銷(xiāo)售后工序生產(chǎn)設(shè)備。生產(chǎn)設(shè)備的目標(biāo)是使模具制造、凸點(diǎn)印刷和布線、安裝能夠全部設(shè)置在一張長(zhǎng)桌上（圖3）。使用家用100V電源驅(qū)動(dòng)。平田心中的夢(mèng)想是：“要在日本的土地上，孕育出眾多以便利店那樣小的面積，承接半導(dǎo)體封裝工序的企業(yè)。”