随着微电路的不断缩小，必须对制造它们的所有工艺进行重新调整或更换，以便校准更小、更薄的电路并提供更高的精度。在“先进封装”领域尤为如此。在这个生产步骤中，各个电路（称为“裸片”）被安装并电连接到集成电路或电路板上，然后对其进行封装。
倒装芯片基础知识
一种广泛采用的先进封装技术，称为“倒装芯片”。这种方法在过去十年中日益流行，因为它比引线键合等旧方法具有更多优势。这些优势包括后续的成本、更高的封装密度和可靠性。
为了准备倒装芯片电路，首先需要将导电材料（通常是焊料或金）的小凸块沉积到半导体晶圆顶表面的导电焊盘上。，然后将晶圆切割成单独的芯片（称为裸片分割）。
接下来，拾取单个裸片，开始接触面朝下，将其放置在要安装到的头部的上方。该芯片最典型的是印刷电路板。芯片被非常精确地对准，使得芯片上的凸块与芯片上相应的导电焊盘（面朝上）匹配。使芯片凸块与芯片焊盘接触。
然后烘烤组件烘箱中，加热到焊料（或凸块的任何成分）的熔点以上。焊料熔化并“回流”，粘在裸片和基板上的导电焊盘上。最后，烘箱，焊料固化，在芯片和工件冷却之间形成电气和机械按键合。
热压键合 – 薄裸片封装解决方案
随着IC和基板越来越薄，以及焊料凸出尺寸和它们之间的间隙（称为距离）缩小到100 µm以下，倒装芯片工艺开始遇到问题。具体而言，加热循环会导致IC和焊接头翘曲。这种情况可能是由于加热循环期间发生这些组件之间的温度紧张以及各个部件之间的热膨胀系数（CTE）不匹配造成的。
如果零件翘曲非常严重，则可能导致在裸片和主板之间出现未对准的情况。这可能会导致断路（无连接），或者在某些情况下甚至短路导致（焊球桥接）。
热压键合（TCB）是一项专门为扩展倒装芯片功能而开发的技术。具体来说，TCB提供了一种更可靠的方法来执行薄裸片的大规模芯片贴装。
传统倒装芯片按键合与TCB的区别剩余，晚上在整个操作过程中以极高的精度主动监控和控制裸片及高频的温度、施加的力、位置方向和。在继续下一步，流程的每个步骤都会经过验证。所有这些控制措施都会带来更好、更可靠的按键合效果以及更高的之前的设备间一致性。
用于完成 TCB 系统的所有这些任务的主要元件如图所示。其中包括空气轴承轴上的线性伺服电机，它们能够为 1 µm裸片的精度垂直定位。还有一个用于角度定位的倾斜平台，以保持芯片和裸片的共面性。天线和冷却器精确控制裸片的温度以及温度升高或降低的速率。这堆元件的底部是一个真空吸盘或尖端，用于固定裸片本身。并且嵌入了一系列传感器，能够在整个操作过程中连续监控裸片和颈部的温度、施加的力、位置和方向。
热压缩按键合系统包括用于定位和定向裸片和复位的平台，用于控制其温度的加热器和冷却器，用于容纳裸片的真空喷嘴，以及用于监视和控制该过程的各种传感器和视线系统（未显示）。
TCB工艺的开始过程与传统倒装芯片相同。即，制备具有焊料凸块的裸片。然后，拾取裸片，与头部一块，然后放下裸片，直至凸块与基板接触。此后，加热和裸片移动循环开始。
当焊料熔化时，裸片首先转移向焦点，然后重点转向焦点，最后再次转移回主题。温度和施加的力也各对齐。所有这些都保证了裸片和头部之间实现良好的对准和按键合、均匀的焊点高度以及无缺陷的连接。
Coherent高意是一家垂直整合制造商，能够供应TCB喷嘴材料和成品零件。我们可以制造具有内部特征的各种尺寸和形状的喷嘴，例如这个4H SiC零件。
用于喷嘴的先进材料
它除了TCB系统中的平台、热装置和传感器之外，另一个关键元件是喷嘴。它具有三个关键功能。首先，它包含各种进气孔或通道，构成真空吸盘。其次，可以在整个过程中因为真空将零件紧固地固定在其表面上的平整度。最后，它很热，使TCB系统中的加热和冷却元件能够改变裸片的温度。
为了满足这些要求，理想的喷嘴必须由机械刚性材料制成，这种材料可以制成非常光滑和屋顶的零件。即使裸片上的力发生变化，这对于初始化地裸固定片并在整个过程中保持其屋顶都是必要的。
此外，喷嘴材料必须具有高导热性。这确保了由加热器和冷却器引发的温度变化能够快速传递到裸片。精确控制裸片的温度并由此进行快速热循环的能力是该过程成功以及最大限度地缩短整个节拍时间的关键。
很少满足所有这些要求的材料，但Coherent高意能够生产清晰不同的材料，并且可以用其中任何一种材料制造成品TCB喷嘴。这些是反应烧结碳化硅(碳化硅)、单晶碳化硅和多晶金刚石。终结材料都有其特定的特点和优势，下面对此进行了总结。
材料 |
导热率 |
表面粗糙度 |
光亮度率 |
绝缘体 |
成本 |
反应烧结碳化硅 |
255 瓦/米-K |
< 25 纳米 |
否 |
否 |
低 |
单晶碳化硅 |
370 瓦/米-K |
< 2 纳米 |
是 |
4小时：否 6H：是 |
中等 |
多晶金刚石 |
2200 W/m-K |
< 10 纳米 |
是 |
是 |
高 |
与其他物质相比，所有这些材料都具有较高的导热率 – 锻造具有所有材料中最高的导热率。反应烧结碳化硅的一个关键特征是，它很容易产生任何可以需要的通孔或内部通道。此外，它还可以通过天博综合app官网登录加工来实现非常高的平整度和下面的表面粗糙度。
金刚石和单晶碳化硅的优点是它们在可见光和近红外区域具有警示性。这使得可以使用多种测量技术来测量零件的平面度、厚度和平行度，从而实现更高精度的制造。
多晶金刚石和6H单晶碳化硅是电绝缘体。该属性的用途有，包括多种保护裸半导体片，从而避免因静电放电(ESD)而损坏。
由这种透明材料制造的喷嘴的成本也存在差异。这一点很重要，喷嘴是需要定期更换的劳动品。
Coherent高意是一家垂直整合的TCB喷嘴制造商。我们从设计自己的材料开始，一直到生产成品零件。我们制造能力的一个关键组成部分是我们能够生产非常主板的表面，并且拥有大量的计量设备我们来验证这种主板度。
详细了解 Coherent 高意制作的反应烧结碳化硅(碳化硅)、单晶碳化硅和多晶金刚石。
