GS Nanotech и Остек-ЭК. Часть 1: обработка пластин — этап Pre-Assembly. "Из историй запуска в РФ"

"Остек-ЭК" ― подразделение группы компаний ОСТЕК. Мы внедряем новейшие технологии для предприятий, специализирующихся на производстве электронных компонентов (сборочное производство и производство полупроводников).

Микроэлектроника. Истории запуска в РФ

В этом году мы планируем запустить серию публикаций на тему "Микроэлектроника. Истории запуска в РФ" ― практические кейсы из опыта Остек-ЭК, которые касаются внедрения целых производственных линий и отдельных машин для микросборки и выпуска полупроводниковой продукции.

Мы хотим показать, что в России можно и нужно создавать современную и конкурентоспособную индустрию.

Но какая история без предыстории. Некий тайм-лайн, который показывает, что сегодняшняя эпоха творится не одним днём, и компетентный поставщик, а значит, грамотная инсталляция и внедрение технологии ― это не пустой звук.

GS Nanotech и Остек-ЭК.

Часть 1: обработка пластин — этап Pre-Assembly


Хроники успешного сотрудничества Остек-ЭК не возможны без упоминания компании GS Nanotech. Большой проект по запуску линии корпусирования (установки полупроводниковых кристаллов в корпуса микросхем) пришелся на 2013 год. Проект растянулся на два года: определении технического облика будущего производства, тендер и закупка линии машин, плановые пусконаладочные работы и поэтапная отладка технологии.

Продукция GS Nanotech
Продукция GS Nanotech
GS Nanotech — это высокотехнологичный центр в составе единственного в России частного инновационного кластера «Технополис GS» (инвестиционный проект холдинга GS Group в г. Гусеве Калининградской обл.). Предприятие сертифицировано по стандарту ISO 9001:2015. Cегодня GS Nanotech — единственное в России предприятие, которое разрабатывает и массово производит многокристальные микропроцессоры по технологии SiP (System-in-Package, «система-в-корпусе») для потребительской электроники и рынков гражданского применения, в том числе на контрактной основе. Годовой объем производства — до 20 млн микросхем в пластиковых корпусах BGA, LGA, QFN. Технологическое оснащение предприятия позволяет проводить сборку микросхем по технологии Wire Bond (микросварка золотой или медной проволокой); в среднесрочной перспективе — освоение технологий flip-chip и WLP, а также сборка металлокерамических корпусов.
GS Nanotech, г. Гусев Калининградской обл.
GS Nanotech, г. Гусев Калининградской обл.

Корпусирование — это завершающая стадия микроэлектронного производства. Это многоэтапный сложный процесс, в котором задействовано разнообразное оборудование, часто весьма сложное и точное, и целый ряд материалов, многие из которых специально разработаны для различных операций технологического маршрута корпусирования. Как и в случае любого другого производства, рынок оборудования для корпусирования предлагает потребителю машины и целые технологические линейки разных классов, прежде всего по производительности — от лабораторных установок до машин для массового выпуска.

Правильный выбор оборудования, а также материалов, подходящих для применения с ним и соответствующих требованиям конкретного производственного процесса, во многом определяет как технологический, так и коммерческий успех предприятия, занимающегося корпусированием микросхем.

Обработка пластин — этап Pre-Assembly

Входным элементом для производственной линии по корпусированию микромодулей являются полупроводниковые пластины диаметром 200 и 300 мм. Процесс корпусирования состоит из нескольких этапов, каждый из которых включает ряд технологических операций.

Обычная последовательность этапов выглядит следующим образом:

  • резка пластины на отдельные кристаллы;
  • монтаж кристаллов — установка их на подложки корпусов микросхем, микросборок;
  • разварка выводов — соединение контактных площадок кристалла с контактными площадками подложки или корпуса;
  • герметизация посредством формирования пластмассового корпуса либо приваркой крышки металлостеклянного или металлокерамического корпуса.

После каждого из этапов полученный полуфабрикат (а на выходе процесса — микросхема, микромодуль, микросборка) проходит процедуры контроля, соответствующие задачам этого этапа.

Для резки полупроводниковой пластины на кристаллы в настоящее время применяется целый ряд различных способов: резка алмазным диском с внешней режущей кромкой, резка проволокой с применением абразива, ультразвуковая и плазменная резка, скрайбирование алмазным резцом, либо лазером, либо электронным лучом с последующим разламыванием. Выбор конкретного способа определяется типом используемого полупроводника, требованиями к производимым микросхемам, особенностями производственного процесса на данном предприятии.

Самым распространенным способом разделения пластин на сегодняшний день является дисковая резка; именно эта технология применена в GS Nanotech.

В ее рамках возможны два варианта последовательности операций. Один из них принято обозначать аббревиатурой GBD (Grinding Before Dicing, утонение перед резкой); другой называется DBG (Dicing Before Grinding — резка перед утонением).

Рисунок 1. Резка полупроводниковой пластины: a – вариант GBD; b — вариант DBG
Рисунок 1. Резка полупроводниковой пластины: a – вариант GBD; b — вариант DBG

В первом варианте прежде всего производится ламинирование: на лицевую поверхность пластины наклеивается защитная пленка, которая предохраняет топологическую структуру от повреждений при последующих механических операциях и межоперационных перемещениях.

После ламинирования приступают к утонению пластины при помощи шлифовки и полировки ее обратной поверхности. Контроль достижения нужной толщины производится автоматически системой управления приводом шпинделя либо путем подбора длительности шлифовки при известной скорости снятия материала.

Утоненную пластину переносят на пленочный носитель с рамкой — на него она наклеивается своей обратной поверхностью.

Следующая операция — резка пластины на кристаллы. В установке, примененной GS Nanotech, резка производится двумя дисками, имеющими разную ширину рабочей части: сначала более широким на неполную глубину, затем более узким — до полного разделения кристаллов. Такое решение, с одной стороны, исключает образование опасных сколов на обратной поверхности кристаллов, с другой — повышает производительность процесса и предотвращает ускоренный износ тонкого диска и его поломку, возможные в том случае, если бы ему пришлось проходить через полную толщину кристалла. Для контроля качества разделения пластины при помощи встроенной в установку системы технического зрения проводят визуальную оценку величины полученных кристаллов, размеров сколов на них, а также смещения линий резки относительно нужного положения.

Последняя операция этого цикла — облучение пленки-носителя ультрафиолетом. В производстве GS Nanotech используется пленка, чувствительная к ультрафиолетовому излучению. Такая пленка позволяет при помощи облучения достичь контролируемого уменьшения адгезии, что снижает вероятность повреждения кристаллов при отклеивании от носителя на следующем этапе — при монтаже кристаллов на подложки. Это имеет важное значение при работе с кристаллами, величина отношения площади к толщине которых очень велика, что обуславливает высокий риск разлома при любом механическом воздействии.

При работе по второму варианту пластина сначала разрезается с лицевой стороны на неполную толщину — глубина прореза незначительно превышает требуемую финальную толщину кристалла. Затем наклеивается защитная пленка; в данном случае она нужна не только для защиты лицевой стороны от повреждений, но и для удержания отдельных кристаллов после того, как пластина будет окончательно разделена. Далее пластину шлифуют с тыльной стороны, снимая весь оставшийся неразрезанным слой, и далее — до нужной толщины кристаллов; в результате получаются разделенные кристаллы, приклеенные на защитную пленку.

Заключительные операции в цикле DBG — переклейка разделенной пластины на пленочный носитель с рамкой и УФ-облучение для снижения адгезии пленки.

Каждый из вариантов реализации этапа Pre-Assembly имеет свои преимущества и недостатки. Основным достоинством GBD является его относительная простота, обусловленная небольшим количеством параметров процесса, нуждающихся в постоянном точном контроле. Эта простота, наряду с хронологическим первенством варианта GBD по отношению к DBG, делает GBD наиболее распространенным на сегодня режимом обработки пластин.

Основной недостаток GBD — большие, до 20–25 мкм, сколы на лицевой стороне, а также наличие сколов на тыльной стороне пластины. Кроме того, в этом варианте сравнительно высока вероятность повреждения продукта в связи с тем, что ручные операции производятся с пластиной, которая уже утонена.

Рисунок 2. Вид реза и сколов при разном увеличении микроскопа
Рисунок 2. Вид реза и сколов при разном увеличении микроскопа

Последняя опасность минимальна в режиме DBG, в котором ручные операции выполняются с пластиной исходной — большой — толщины. Кроме того, при штатной работе техники размер сколов на лицевой стороне пластины не превышает 5–10 мкм, а на тыльной стороне их не может быть в принципе.

В качестве серьезного недостатка варианта DBG обычно называют сравнительно большой риск повреждения пластины при ламинировании, поскольку оно выполняется после операции предварительной разрезки пластины. Кроме того, в защитной пленке всегда в большей или меньшей степени присутствуют напряжения растяжения. Они могут привести к непрогнозируемому смещению кристаллов после разделения пластины, что затрудняет и замедляет работу с носителем на следующем этапе корпусирования. Поэтому специалисты GS Nanotech выбрали метод GBD.

Подписывайтесь на наш канал на  Яндекс.Дзен

Продолжение следует...

Cтатьи по теме:

GS Nanotech и Остек-ЭК. Часть 2: монтаж кристалла на подложку

GS Nanotech и Остек-ЭК. Часть 3: разварка — этап Wire Bond