GS Nanotech и Остек-ЭК. Часть 4: герметизация в пластиковые корпуса и монтаж. "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).

GS Nanotech и Остек-ЭК.

Часть 4: герметизация в пластиковые корпуса и монтаж

В предыдущих статьях мы говорили, что хотим создать серию публикаций "Микроэлектроника. Истории запуска в РФ":

"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."

Предыдущие статьи:

GS Nanotech и Остек-ЭК: Часть 1: обработка пластин — этап Pre-Assembly

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

GS Nanotech и Остек-ЭК. Часть 3: разварка — этап Wire Bond. Из историй запуска в РФ

Оборудование от Остек-ЭК в производственной линии GS Nanotech. Фото взято из источника: https://3dnews.ru/1007049/russian-ssd-gs-nanotech
Оборудование от Остек-ЭК в производственной линии GS Nanotech. Фото взято из источника: https://3dnews.ru/1007049/russian-ssd-gs-nanotech

Герметизация в пластиковые корпуса — Molding

Перед тем, как приступать к формированию пластмассового корпуса, подложки с разваренными кристаллами подвергают плазменной очистке. Компаунд — материал пластикового корпуса — в составе микромодуля контактирует с разными материалами: стеклоэпоксидной композицией подложки, сплавом припоя и металлом контактных площадок, полупроводником кристалла. При наличии загрязнений на их поверхности компаунд отслаивается, в местах отслоения скапливается влага, испарение которой при полимеризации компаунда может привести к образованию трещин в корпусе.

Рисунок 1. Схема процесса литьевого прессования: 1 — компаунд в виде таблетки; 2 — рабочая полость пресс-формы; 3 — цилиндр с си- стемой расплавления компаунда; 4 — плунжер; 5 — литник; 6 — фильеры; 7 — каналы для выхода воздуха
Рисунок 1. Схема процесса литьевого прессования: 1 — компаунд в виде таблетки; 2 — рабочая полость пресс-формы; 3 — цилиндр с си- стемой расплавления компаунда; 4 — плунжер; 5 — литник; 6 — фильеры; 7 — каналы для выхода воздуха

Кроме того, плазменная очистка увеличивает энергию поверхностной связи между компаундом и вышеперечисленными материалами. Этот эффект, называемый активацией, обусловлен разрывом химических связей в верхнем слое поверхности, обработанной плазмой; он устраняет отслоение и обеспечивает герметичность корпуса.

Плазменная очистка перед герметизацией осуществляется на той же установке АР-1000, что и очистка после монтажа кристалла, отличие состоит лишь в режиме обработки и используемой оснастке.

Микромодули герметизируются термореактивным компаундом — реактопластом. В машине герметизации, примененной в линии монтажа микромодулей, реализован метод литьевого прессования. Расплавленный компаунд выдавливается плунжерами в полость пресс-формы, в которой находится мультизаготовка с разваренными кристаллами. Производится выдержка при определенной температуре и давлении, затем давление снимают и охлаждают изделия, после чего они готовы к следующей фазе процесса — запеканию компаунда, которое происходит в специальной печи.

Рисунок 2. Автоматическая система литьевого прессования
Рисунок 2. Автоматическая система литьевого прессования

Основные дефекты, возможные на этапе герметизации, — коробление и/или скручивание мультизаготовок из-за разницы в коэффициенте температурного расширения между подложкой, кристаллом и компаундом; неполная герметизация из-за малого расстояния между кристаллом и границами подложки; косметические дефекты — контрастные области — из-за разницы в плотности компаунда, которая может возникнуть при некорректном ходе процесса герметизации.

Рисунок 3. Основные дефекты при герметизации: a – коробление; b — неполная герметизация; c – косметический дефект — контрастные области над кристаллом
Рисунок 3. Основные дефекты при герметизации: a – коробление; b — неполная герметизация; c – косметический дефект — контрастные области над кристаллом

Чтобы исключить или минимизировать возможность появления этих дефектов, при разработке технологического процесса необходимо учитывать множество факторов: размеры микромодуля и кристалла, толщину адгезива под кристаллом, высоту петель, высоту слоя компаунда над кристаллом и др. Перечень ключевых параметров включает температуру, скорость и финальное давление заливки, время предварительного нагрева подложек, время полимеризации, время охлаждения в пресс-форме, время и температурный профиль запекания.

Интеллектуальная автоматическая установка предоставляет технологу все возможности для выбора режима герметизации, ее гибкая конструкция позволяет создать конфигурацию под любые производственные задачи. Установка имеет независимую универсальную станцию прессования, развивающую усилие до 60 т (90 т в специальной версии). Динамическая система регулирования с высокой точностью поддерживает заданный профиль температуры в пресс-форме, гарантируя ее однородность в пределах 2 ºС. Удаленная (до 40 м) подача гранулированного пластика с контролем размера гранул решает проблему эксплуатации системы в чистом помещении.

Система отличается высокой повторяемостью процесса и самым низким временем рабочего цикла среди машин такого класса, представленных на рынке, ее максимальная производительность в стандартной версии — 500 подложек в час, в специальной — 900. Реализован ряд функций, повышающих надежность работы системы и удобство ее использования, таких как контроль ориентации рамок (их максимальные габариты 78 × 280 мм), автоматическое обнаружение посторонних объектов под прессом, выявление и автоматический отсев бракованных изделий в момент выгрузки.

Важнейшим требованием к печи для запекания компаунда является ее способность обеспечивать нужную для данного материала температуру и выдерживать профиль ее изменения. Причем температурный профиль зависит не только от герметизирующего материала, но и от состояния изделия на выходе из заливочной машины; для разных его температур при загрузке в печь производитель компаунда может рекомендовать различные профили его запекания — как по температурам этапов (нагрев/выдержка/охлаждение), так и по времени их прохождения.

Рисунок 4. Пример температурного профиля печи для запекания молд-компаунда
Рисунок 4. Пример температурного профиля печи для запекания молд-компаунда

Для проверки качества выполнения герметизации используют три вида неразрушающего контроля.

Визуальная инспекция проводится при помощи оптического микроскопа. Задача — нахождение участков неполной герметизации, видимых косметических дефектов, загрязнений и повреждений.

Рисунок 5. Визуальная инспекция: a – несовершенство поверхности микро- схемы: внешние пустоты, повреждения; b — повреждение дорожек и контактных площадок
Рисунок 5. Визуальная инспекция: a – несовершенство поверхности микро- схемы: внешние пустоты, повреждения; b — повреждение дорожек и контактных площадок

Ультразвуковая инспекция применяется для обнаружения трещин, пустот, неоднородностей плотности и отслоений материалов. В центре микроэлектроники GS Nanotech она проводится на той же установке D9500, что и контроль качества соединения кристалла с подложкой.

Рисунок 6. Ультразвуковое исследование SiP Emerald N2M (две подложки): a – большое количество пустот; b — отсутствие пустот
Рисунок 6. Ультразвуковое исследование SiP Emerald N2M (две подложки): a – большое количество пустот; b — отсутствие пустот

При помощи рентгеноскопической инспекции обнаруживают отсутствие, смещение, деформацию петель и их отрывы от контактных площадок.

Рисунок 7. Рентгеноскопическое исследование (медная проволока): a – отрывы проволоки от кристалла; b — замыкание проволочных соединений
Рисунок 7. Рентгеноскопическое исследование (медная проволока): a – отрывы проволоки от кристалла; b — замыкание проволочных соединений

Установка выводов, разрезка подложки, проверка

Монтаж шариковых выводов, разрезка подложки на отдельные микросхемы, визуальный и электрический контроль — это завершающие операции процесса корпусирования. Перед монтажом выводов подложка опять проходит плазменную очистку в установке АР-1000, на этот раз для удаления загрязнений с контактных площадок выводов.

В линии корпусирования применен способ монтажа шариковых выводов методом переноса, схожий с процессом поверхностного монтажа компонентов и реализуемый обычно автоматами поверхностного монтажа; практически любой из них сегодня способен обеспечить точность в пределах 50 мкм, необходимую для установки шариковых выводов. Готовые шарики в твердом состоянии устанавливаются на контактные площадки, предварительно покрытые паяльной пастой, результат оценивается системой технического зрения автомата. Затем подложка с установленными шариками помещается в печь для оплавления паяльной пасты.

Рисунок 8. Участок мультизаготовки на экране оператора линии разделения
Рисунок 8. Участок мультизаготовки на экране оператора линии разделения

Из печи мультизаготовки поступают на линию разделения, где дисковыми пилами разрезаются на отдельные микросхемы и выгружаются в транспортную тару — стандартный (JEDEC) трей. Это уже готовый продукт, которому остается только пройти контроль. Основная часть контроля — электрическое тестирование. В GS Nanotech эта операция производится на автоматическом стенде. Оснастка стенда — контактирующие устройства — позволяет проверять микросхемы, не извлекая их из тары.

Успешно прошедшие контроль микросхемы упаковывают и отправляют заказчику.

Подписывайтесь на наш канал на  Яндекс.Дзен

Cтатьи по теме:

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

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

GS Nanotech и Остек-ЭК. Часть 3: разварка — этап Wire Bond. Из историй запуска в РФ