تقليديًا، يتم تحقيق التوصيل الكهربائي بين شريحة الدائرة المتكاملة والسطح الخارجي باستخدام أسلاك معدنية لتوصيل منافذ الإدخال/الإخراج على الشريحة بحامل التغليف عبر عملية الربط ودبابيس التغليف. مع تصغير حجم مكونات شرائح الدوائر المتكاملة وتوسع نطاق التكامل، تستمر المسافة بين منافذ الإدخال/الإخراج في التناقص بينما يزداد عددها. عندما تقل المسافة بين منافذ الإدخال/الإخراج عن 70 ميكرومتر، تصبح تقنية الربط السلكي غير قابلة للتطبيق، ويجب البحث عن أساليب تقنية جديدة. تستخدم تقنية التغليف على مستوى الرقاقة عمليات إعادة توزيع الأغشية الرقيقة، مما يسمح بتوزيع منافذ الإدخال/الإخراج على كامل سطح شريحة الدائرة المتكاملة بدلًا من اقتصارها على المنطقة المحيطية للشريحة الضيقة، وبالتالي حل مشكلة التوصيل الكهربائي لشرائح الإدخال/الإخراج عالية الكثافة وذات المسافة الدقيقة بين الدبابيس.

من بين العديد من تقنيات التغليف الحديثة، تُعدّ تقنية التغليف على مستوى الرقاقة الأكثر ابتكارًا والأكثر جذبًا لاهتمام العالم، فهي رمزٌ للاختراقات الثورية في هذا المجال. تعتمد هذه التقنية على الرقاقات كوحدة معالجة، حيث تُغلّف عليها رقائق متعددة، وتُخضع لعمليات تقادم واختبار، ثم تُقطع إلى أجهزة فردية. يُقلّل هذا من حجم العبوة إلى حجم رقاقة الدائرة المتكاملة، ويُخفّض تكاليف الإنتاج بشكل ملحوظ. وقد حظيت هذه التقنية باهتمام كبير فور ظهورها، وسرعان ما شهدت تطورًا هائلًا وانتشارًا واسعًا. في المنتجات المحمولة كالهواتف، تُستخدم على نطاق واسع رقائق EPROM وIPD (الأجهزة السلبية المتكاملة) والرقائق التناظرية وغيرها من الأجهزة المُغلّفة على مستوى الرقاقة. يتزايد عدد فئات الأجهزة التي تستخدم هذه التقنية، مما يجعلها تقنية جديدة سريعة التطور.

من أجل تحسين قابلية تطبيق التغليف على مستوى الرقاقة وتوسيع نطاق تطبيقه، يقوم الناس بالبحث والتطوير في مختلف التقنيات الجديدة مع حل المشكلات التي تنشأ أثناء عملية التصنيع، وإجراء البحوث حول الوضع الحالي والتطبيق والتطوير لتكنولوجيا التغليف على مستوى الرقاقة.

تغليف على مستوى الرقاقة

كانت البداية الحقيقية لتقنية WLP مدفوعةً بتصنيع مكونات الإدخال/الإخراج منخفضة السرعة (low-I/O) ومكونات الترانزستور منخفضة السرعة للهواتف المحمولة، مثل أجهزة الاستشعار السلبية المدمجة ودوائر نقل الطاقة المتكاملة. وتخضع تقنية WLP حاليًا لمرحلة التطوير. ويتزايد الطلب عليها تدريجيًا بفضل تطبيقات مثل البلوتوث، ومكونات نظام تحديد المواقع العالمي (GPS)، وبطاقات الصوت. ومن المتوقع أن تُصبح تطبيقات محتوى الهواتف المحمولة الجديدة، بما في ذلك موالفات التلفزيون، وأجهزة إرسال FM، وذاكرة التخزين المكدسة، محركًا رئيسيًا آخر لنمو تقنية WLP عند وصولها إلى مرحلة إنتاج هواتف الجيل الثالث (3G). ومع بدء مصنعي أجهزة التخزين بتطبيق تقنية WLP تدريجيًا، سيؤدي ذلك إلى تغييرات جذرية في صناعة التخزين بأكملها.

تُستخدم تقنية التغليف على مستوى الرقاقة على نطاق واسع في مجالات متنوعة، مثل ذاكرة الفلاش، وذاكرة EEPROM، وذاكرة الوصول العشوائي الديناميكية عالية السرعة، وذاكرة الوصول العشوائي الثابتة، ومحركات شاشات LCD، وأجهزة الترددات الراديوية، والأجهزة المنطقية، وأجهزة إدارة الطاقة/البطاريات، والأجهزة التناظرية (منظمات الجهد، ومستشعرات درجة الحرارة، ووحدات التحكم، ومضخمات العمليات، ومضخمات الطاقة). وتعتمد هذه التقنية بشكل أساسي على تقنيتين رئيسيتين: تقنية إعادة توزيع الأغشية وتقنية تشكيل النتوءات. تُستخدم الأولى لتحويل مناطق اللحام الموزعة على محيط الشريحة إلى مناطق لحام نتوءات موزعة في مصفوفة مستوية على سطح الشريحة. أما الثانية، فتُستخدم لإنشاء نتوءات على منطقة وسادة النتوءات لتشكيل مصفوفة كرات اللحام.

إعادة توزيع الأغشية الرقيقة WL-CSP

تُعدّ عملية إعادة توزيع الأغشية بتقنية WL-CSP الأكثر شيوعًا اليوم. ونظرًا لتكلفتها المنخفضة، فهي مناسبة جدًا لمتطلبات معايير موثوقية التطبيقات على مستوى اللوحة للمنتجات المحمولة ذات الإنتاج الضخم. وكما هو الحال في تقنيات WLP الأخرى، لا تزال رقائق إعادة توزيع الأغشية الرقيقة بتقنية WL-CSP تُصنّع باستخدام عمليات تصنيع الرقائق التقليدية. قبل إرسال الرقائق إلى مُورّد WLP، تُختبر لتصنيف الدوائر ورسم مخططات الرقائق للدوائر المؤهلة. وقبل إعادة توزيع الرقائق، يجب تقييم تصميم الجهاز للتأكد من ملاءمة الرقاقة لإعادة توزيع كرات اللحام.

في عملية إعادة التوزيع النموذجية، تُوضع نتوءات اللحام النهائية في مصفوفة مساحية. في هذه العملية، يُستخدم BCB كطبقة عازلة لإعادة التوزيع، ويُستخدم النحاس كمعدن توصيل لإعادة التوزيع، وتُستخدم تقنية الترسيب بالرش لترسيب طبقة المعدن السفلي للنتوءات (UBM)، وتُستخدم الطباعة بالشاشة لترسيب معجون اللحام وإعادة التدفق. تُعد عملية طبقة المعدن السفلي بالغة الأهمية للحد من التفاعلات الكيميائية بين المعادن وتحسين موثوقية التوصيلات. 

تتمثل عملية إعادة التوزيع في إعادة ترتيب نقاط الإدخال/الإخراج على سطح الجهاز. يوضح الشكل 3 حالة إعادة التوزيع على ذاكرة الفلاش المدمجة. كما هو موضح في الشكل، يتم تحويل نقاط التوصيل الأصلية على الجوانب الأربعة لشريحة ذاكرة الفلاش إلى مصفوفة من النتوءات. في هذا المثال، تُستخدم طبقتان عازلتان على سطح الجهاز، مع طبقة معدنية لإعادة التوزيع بينهما لتغيير توزيع الإدخال/الإخراج. بعد هذه العملية، تُطلى نتوءات كرات اللحام كهربائيًا، وتصبح الشريحة منتجًا من منتجات WLP.

من عيوب إعادة توزيع تصميم وسادات توصيل الأسلاك إلى وسادات مصفوفة كرات اللحام أن المنتج الناتج بتقنية WLP من غير المرجح أن يكون مثاليًا من حيث تصميم الجهاز أو بنائه أو تكلفة تصنيعه. مع ذلك، بمجرد إثبات الجدوى التقنية، يمكن إعادة تصميم الدائرة بحيث يمكن الاستغناء عن إعادة التوزيع الخارجية. وقد أصبح هذا الوضع محل إجماع. ولهذا الغرض، تم تحديد إجراء تحديد ثنائي الطور خصيصًا. قد تشمل تغييرات الجيل القادم دمج طبقات إعادة التوزيع ضمن الطبقة المعدنية الأخيرة للشريحة، أو تصميم جديد لأقصر خطوط الإشارة لتحسين الأداء.

ساكو مايكرو SLKOR شريحة منظم الجهد الخطي للمنتج SL78L05

قد تتطلب إعادة التصميم إضافة أدوات برمجية جديدة. تتميز خطوط الإشارة والطاقة والأرضية المُعاد تصميمها بانخفاض تكلفة إنشائها نظرًا لأنها تُغني عن خطوات إعادة التوزيع الإضافية والعمليات المرتبطة بها. تُستخدم البوليمرات في تسوية رقائق السيليكون، مما يوفر الحماية اللازمة للرقاقة، كما تُستخدم كطلاءات سطحية قياسية. بالنسبة لتقنية إعادة توزيع الأغشية الرقيقة في تغليف الرقاقات، يُعدّ استخدام طبقة واحدة من البوليمر في تغليف الرقاقات تصميمًا أكثر فعالية من حيث التكلفة.

تصنيع النتوءات الدقيقة على مستوى الرقاقة

منذ نشأتها قبل 50 عامًا، اعتُبرت تقنية توصيل الأسلاك تقنيةً متعددة الاستخدامات وموثوقة. مع ذلك، ومع التطور السريع للاتصالات المتنقلة، وأنظمة الوصول اللاسلكي للتجارة الإلكترونية عبر الإنترنت، وأنظمة البلوتوث، وتقنية نظام تحديد المواقع العالمي (GPS)، أصبحت الهواتف المحمولة المحرك الأقوى والأسرع نموًا لذاكرة عالية الكثافة، حتى أنها تحل محل أجهزة الكمبيوتر الشخصية كمحرك تقني لهذه الذاكرة. وقد دفع الطلب المتزايد على انخفاض التكلفة، وصغر الحجم، وسرعة الأداء العالية، وعمر البطارية الطويل، وتبديد الحرارة الأمثل، والعمليات الصديقة للبيئة، وموثوقية الأجهزة العالية، المصممين إلى توجيه اهتمامهم نحو تقنية التوصيل البينية بتقنية "Flip-Chip Bump" كبديل لتقنية توصيل الأسلاك التقليدية.

The key technical driving force for the development of lead-tin bump technology comes from the continued shrinking of device size. Under the 130nm technology standard, about 30% of logic chips require bump technology. However, under the 90 nm technology standard, this figure jumped to 60%. When the mass production of 65 nm devices was developed, the demand for gold bump technology climbed to more than 80%.

تعتمد تقنية التغليف على مستوى الرقاقة (WLP) على تقنية BGA، وهي نسخة محسّنة ومطوّرة من تقنية التغليف على مستوى الرقاقة (CSP). ويُطلق عليها البعض اسم "التغليف على مستوى الرقاقة بحجم الرقاقة" (WLP-CSP). لا تعكس هذه التقنية المزايا التقنية لتقنيتي BGA وCSP فحسب، بل تُشكّل أيضًا نقلة نوعية في تكنولوجيا التغليف. تعتمد تقنية التغليف على مستوى الرقاقة على تقنية التصنيع بكميات كبيرة، مما يُتيح تقليص حجم التغليف ليُصبح بحجم رقائق الدوائر المتكاملة، ويُقلّل تكاليف الإنتاج بشكل ملحوظ، ويُدمج التغليف مع تصنيع الرقائق، الأمر الذي سيُغيّر تمامًا الفصل بين صناعتي تصنيع الرقائق وتغليفها. ونظرًا لأهمية تقنية التغليف على مستوى الرقاقة، فقد حظيت باهتمام كبير منذ ظهورها، وشهدت تطورًا هائلًا وانتشارًا واسعًا.

التمعدن تحت النتوء (UBM)

في تقنية التوصيل المقلوب للرقاقات، تُعدّ طبقة UBM طبقة التوصيل الأساسية بين الوسادات المعدنية ونتوءات الذهب أو اللحام على الدائرة المتكاملة. تُعتبر هذه الطبقة أحد العناصر الرئيسية في تقنية تغليف الرقاقات المقلوبة، حيث توفر توصيلات كهربائية وميكانيكية عالية الموثوقية لكلٍ من الدوائر الإلكترونية ونتوءات اللحام على الرقاقة. يجب أن تتمتع طبقة UBM الواقعة بين النتوءات ووسادات الإدخال/الإخراج بالتصاق قوي بالوسادات المعدنية وطبقات التخميل على الرقاقة؛ وأن تحمي الوسادات المعدنية خلال مراحل التصنيع اللاحقة؛ وأن تحافظ على مقاومة تلامس منخفضة بين الوسادات المعدنية والنتوءات؛ وأن تعمل كحاجز انتشار فعال بينهما؛ وأن تكون بمثابة طبقة أساسية لترسيب نتوءات اللحام أو الذهب.

The UBM layer is usually achieved by depositing multiple layers of metal on the entire wafer surface. Techniques used to deposit UBM layers include evaporation, electroless plating and sputter deposition. In advanced packaging, wafer bumping is critical both from a cost and technology perspective. In wafer bump production, metal deposition accounts for more than 50% of the total cost. The most common metal deposition steps in wafer bump production are the deposition of under-bump metallization (UBM) and the deposition of the bumps themselves, which are generally achieved through an electroplating process.

تتيح تقنية الطلاء الكهربائي إمكانية الحصول على مسافات دقيقة للغاية بين النتوءات مع الحفاظ على إنتاجية عالية. علاوة على ذلك، تتميز هذه التقنية بتطبيقاتها الواسعة وقدرتها على إنتاج نتوءات بأحجام ومسافات وأشكال هندسية مختلفة. وقد ازداد استخدام تقنية الطلاء الكهربائي في إنتاج نتوءات الرقائق الإلكترونية، لتصبح الحل الأمثل والأكثر عملية.

أولًا، تُستكمل طبقة UBM على الرقاقة. ثم يُوضع غراء سميك ويُعرَّض للضوء، مُشكِّلًا قالبًا للطلاء الكهربائي للحام. بعد الطلاء، تُزال طبقة المقاوم الضوئي وتُحفر طبقة UBM المكشوفة. العملية الأخيرة هي إعادة التدفق لتشكيل كرات اللحام. فيما يلي خطوات عملية الطلاء الكهربائي لإنتاج النتوءات الدقيقة بالتفصيل:

▲ تبخير/رش الطبقة المعدنية للطبقة الموصلة الأساسية على الرقاقة؛
▲ قم بتغطية الرقاقة بطبقة من مادة مقاومة الضوء باستخدام تقنية الطلاء الدوراني؛
▲نمط مصفوفة نافذة أقطاب الطباعة الضوئية؛
▲ طلاء جسم معدني دقيق التضمين من خلال ثقوب صغيرة في المقاوم الضوئي؛
▲Remove photoresist;
▲ قم بنقش الطبقة الموصلة المكشوفة للبلورة البذرية.
▲ قم بتغطية التطعيم المعدني بطبقة سميكة من مادة مقاومة للضوء؛
▲ نقش نتوءات الذهب؛
▲قم بإزالة جزء من الغراء السميك للكشف عن الجزء البارز من التطعيم المعدني؛
▲ طلاء نتوءات الذهب بالكهرباء؛
▲ قم بترسيب طبقة رقيقة جداً من الذهب أو النحاس فوق التطعيم.

Coplanarity refers to the consistency of the heights of all bumps within the wafer, which has strict requirements in the flip-chip bonding process. In flip-chip bonding, bump height variations can lead to uneven distribution of force, chip fragmentation, and electrical opens. A typical requirement for bump coplanarity is that the height difference of the bumps across the entire chip cannot be greater than 5 μm.

الطباعة الحجرية بالأغشية السميكة

توفر تقنيات معالجة الرقاقات، مثل تقنية النتوءات الدقيقة، وإعادة توزيع نقاط التوصيل، والمكونات السلبية المتكاملة، حلولًا ملائمة للعديد من التطبيقات. وتُستخدم هذه التقنيات حاليًا في العديد من أجهزة الدوائر المتكاملة وأجهزة الأنظمة الكهروميكانيكية الدقيقة (MEMS). وباستخدام هذه التقنيات، يُمكن تغليف الأجهزة واختبارها على مستوى الرقاقة، ثم تقطيعها لاحقًا. عادةً ما تتضمن تقنيات التغليف المتقدمة عمليات الأغشية السميكة التي تتراوح سماكتها بين 5 و100 ميكرومتر، مثل طلاء الرقائق بالغراء السميك بتقنية الدوران، والتعريض المنتظم للغراء السميك مع تموجات كبيرة على السطح، والحصول على جدران جانبية شديدة الانحدار من الغراء السميك. ويُعد نظام التعريض الضوئي كامل المجال ذو التكبير المتساوي حلًا برمجيًا يلبي هذا الطلب. وبفضل إنتاجيته العالية وتكلفته المنخفضة للمحاذاة الذاتية، يُعتبر هذا النظام الأكثر تنافسية لأجهزة الطباعة الضوئية في مجال الطباعة الحجرية للأغشية السميكة.

Wafer-level packaging processes include metallization, photolithography, dielectric deposition and thick film photoresist spin coating, solder deposition and reflow soldering. The patterning process typically involves using several layers of metal to create the under-bump metallization (UBM) layer that serves as the base for the bumps. The conductivity of the connection between the bumps and the wafer must be very good, and the passivation layer and the metal layer under the bumps must have good adhesion. The standard process flow of photoresist patterning includes cleaning, glue coating, pre-baking, exposure, post-baking, development and film hardening. Each process step needs to define a set of parameters, which will affect subsequent processes. After the photoresist is patterned, the holes are filled with solder or gold through electroplating or evaporation. The next step is to remove the photoresist and perform a reflow process in an oven to convert the columnar bumps into spherical bumps.

ساكو مايكرو SLKOR منتجات ترانزستورات PNP

A thick coating of photoresist will remain on the chip as a mask for making micro-molds of metal solder joints. The redistribution coating can be retrofitted into a bump pattern or as a connection between perimeter pads and area-distributed pad arrays made from 5 to 100 μm thick polysilicon films with varying electrical, chemical, mechanical and thermal properties. Isolating the redistribution area traces requires materials with high strength, high thermal stability, and low insulation coefficients. These materials have been successfully developed. One type of material is called polyimide (such as the PI series developed by DuPont), and the other insulating material is Cyclotene (BCB) from Dow Chemicals in the United States. PI and BCB are widely used in flip chip bump packaging and other packaging processes.

تُلبّي القوالب ذات الميزات الدقيقة، التي تستخدم وسادات ونتوءات من مادة مقاومة ضوئية سميكة، وهياكل طبقات معدنية أسفل الكرات، احتياجاتٍ مُختلفة في تقنية الطباعة على الرقاقات العريضة (WLP). ورغم أن مواد التمعدن الشائعة الاستخدام هي القصدير والرصاص والذهب والنحاس، إلا أنه يُمكن استخدام مواد أخرى عديدة. تتطلب المواد المستخدمة في التطبيقات القياسية نقلًا رسوميًا عالي الدقة وسهولة في التقشير. تتطلب العديد من التطبيقات العملية سماكاتٍ لمادة المقاومة الضوئية تتجاوز 100 ميكرومتر. ولتحقيق هذه السماكات، يُطوّر المُصنّعون مواد طلاء مُلائمة.

لتلبية هذه الاحتياجات، طوّر المصنّعون مواد ومعدات معالجة مناسبة. يمكن للعديد من المواد تحقيق طبقات رقيقة من المقاوم الضوئي (أي من 2 إلى 10 ميكرومتر) باستخدام معدات معالجة أشباه الموصلات القياسية. تُستخدم مواد المقاوم الضوئي AZP4330 (مجموعة أنزي للمواد الإلكترونية) وShipley's 955 (شركة روهم آند هاس/شركة شيبلي) لتحقيق سماكة طبقة المقاوم الضوئي من 5 إلى 100 ميكرومتر. يمكن تحقيق طبقة مقاومة ضوئية بسماكة 25 ميكرومتر باستخدام عملية طلاء متعددة الطبقات، ولكن هذا سيزيد من وقت الإنتاج وتكلفته. يمكن لمادتي AZ P4620 وSPR 220 تحقيق سماكة 25 ميكرومتر في طبقة واحدة. بالنسبة للطبقات الأكثر سمكًا، يصبح اختيار المواد والسماكات أقل. هناك العديد من المزايا الاقتصادية عند استخدام ترسيب طبقة واحدة لتحقيق طبقة المقاوم الضوئي المطلوبة. لذا، من الضروري تطوير مواد مقاومة للضوء بسماكة طبقة واحدة تبلغ 50 ميكرومترًا فأكثر. ويمكن لمواد مثل JSR THB-611P وAZPLP100XT من مجموعة Anzhi Electronic Materials Group تحقيق طبقة واحدة من الطلاء المقاوم للضوء بسماكة 60 ميكرومترًا فأكثر. وتستخدم الأبحاث الحديثة بشكل أساسي AZ9260 لتحقيق طبقة واحدة من الطلاء المقاوم للضوء بسماكة 65 ميكرومترًا، بينما تستخدم AZ50XT لتحقيق طبقة واحدة بسماكة 100 ميكرومتر.

تتطلب عملية تصنيع الأغشية السميكة متطلبات خاصة للنظام. يجب أن يكون نظام المحاذاة قادرًا على تحديد النمط الهندسي كعلامة محاذاة بشكل موحد عبر كامل نطاق سماكة المادة اللاصقة وارتفاعات محددة لتضاريس سطح الرقاقة. ولأن مصدر التعريض يستخدم ضوءًا متوازيًا للتعريض دون الاعتماد على التركيز، يمكن تحقيق ذلك باستخدام آلة طباعة ضوئية تقاربية مع مبدأ التعريض الظلي. تشمل متطلبات عملية الطباعة الضوئية لآلات تعريض محاذاة قناع التقارب ما يلي: شدة عالية، وتجانس عالٍ، وطول موجة ضوء فوق بنفسجي متوافق مع الطول الموجي الحساس للمقاوم الضوئي، ودقة محاذاة دون الميكرون، وفجوة دقيقة وقابلة للتحكم وثابتة بين القناع والرقاقة أثناء عملية التعريض.

صُممت تقنية NanoAlign من EVG لتحقيق أعلى دقة ووضوح في المحاذاة، وبأقل تكلفة استخدام، لإبراز مزايا تقنية التعريض الضوئي للمجال الكامل. وتُطبق هذه التقنية حاليًا على جميع أجهزة التعريض الضوئي التابعة للشركة. وتشمل أهدافها التحكم الفعال في الشذوذات ودقة محاذاة ديناميكية تقل عن 100 نانومتر. وتتضمن معداتها أجهزة طلاء لاصق متخصصة، وأجهزة تعريض ضوئي بالتلامس/التقارب مُعدلة من نماذج قياسية. تتميز أحدث أجهزة التعريض الضوئي EVG6200 Infinity (200 مم) وEVG IQ Aligner (300 مم) بمرونة عالية وواجهة سهلة الاستخدام، وتلبي تمامًا متطلبات الإنتاج الصناعي لرقائق السيليكون بقطر 200 مم و300 مم التي تتطلب عمليات طلاء لاصق سميكة.

ترقيق الرقاقة

تُعدّ تقنية ترقيق الرقائق أساسية في تقنية تغليف الرقائق المكدسة، إذ تُقلّل من ارتفاع تركيب العبوة وتُمكّن من تكديس الرقائق دون زيادة الارتفاع الكلي لنظام الرقائق المكدسة. تُعتبر البطاقات الذكية وتقنية تحديد الهوية بموجات الراديو (RFID) من أرقّ تطبيقات الرقائق المفردة، وهي جزءٌ هامٌ من متطلبات الرقائق الرقيقة. تُحسّن الرقائق الرقيقة من موثوقية دورات التبريد والتسخين وتدعم المنتجات الرقيقة. مع ذلك، يعتمد سُمك الرقاقة على قطر الرقاقة وعملية تغليف الرقائق على مستوى الرقاقة (WLP). والسبب هو أن سطح الرقاقة الرقيقة مُعرّض للتلف، مما يُسبب تشققات دقيقة، وقد يؤدي إلى كسر الرقاقة أثناء العمليات اللاحقة. بما أن طحن الجانب الخلفي للرقاقة هو الخطوة الأخيرة في عملية معالجة الرقاقة، فإن مدى ترقيق الرقاقة المطلوب محدودٌ بعملية تغليف الرقائق على مستوى الرقاقة. لذلك، يُعتبر تغليف الرقائق امتدادًا لعملية الرقاقة، ويجب مراعاة نطاق خطوات عملية التغليف عند تصميم عملية الرقاقة.

يُعدّ عدم توافق معاملات التمدد الحراري بين السيليكون وركيزة التثبيت سببًا رئيسيًا لفشل كرات اللحام المُغلّفة نتيجة الإجهاد في اختبارات الدورة الحرارية والاستخدام الميداني. إضافةً إلى ذلك، يرتبط هذا الفشل ارتباطًا وثيقًا بمتانة كل مُكوّن. فكلما كانت الشريحة أرق، زادت مرونتها، وتحسّنت مقاومة كرة اللحام للإجهاد. لذا، يُعدّ ترقيق الرقاقة، وبالتالي تقليل سُمك الشريحة، أحد التدابير المهمة لتحسين موثوقية نتوءات اللحام. قد يؤدي ترقيق الرقاقة قبل عملية التغليف على مستوى الرقاقة إلى تشويهها أو حتى كسرها، وهو أمر غير مرغوب فيه. يُعدّ ترقيق الرقاقة بعد اكتمال عملية التغليف على مستوى الرقاقة طريقةً أفضل، ولكن يصعب تطبيقها. وتجري حاليًا تطوير تقنيات ومعدات ترقيق الرقاقات المستخدمة في تصنيع التغليف على مستوى الرقاقة.

مزايا التغليف على مستوى الرقاقة

تعتمد تقنية التغليف على مستوى الرقاقة على تقنية BGA، وهي تقنية محسّنة ومتطورة من تقنية CSP، مما يعكس بشكل كامل المزايا التقنية لتقنيتي BGA وCSP. وتتمتع هذه التقنية بالعديد من المزايا الفريدة:

① تتميز عملية معالجة التغليف بالكفاءة العالية، ويتم تصنيعها باستخدام عملية إنتاج ضخمة على شكل رقائق؛

② يتميز بمزايا تغليف الرقائق المقلوبة، أي أنه خفيف ورقيق وقصير وصغير؛

③The cost of wafer-level packaging production facilities is low, and wafer-level manufacturing equipment can be fully utilized without the need to invest in building another packaging production line;

④ يمكن النظر في تصميم الرقاقة وتصميم العبوة على مستوى الرقاقة بشكل موحد وتنفيذهما في وقت واحد، مما سيؤدي إلى تحسين كفاءة التصميم وتقليل تكاليف التصميم؛

⑤ في العملية الكاملة لتغليف الرقاقات بدءًا من تصنيع الرقائق وتغليفها وحتى شحن المنتج إلى المستخدمين، يتم تقليل الروابط الوسيطة بشكل كبير وتقصير الدورة بشكل كبير، مما سيؤدي حتمًا إلى خفض التكاليف؛

⑥ ترتبط تكلفة تغليف الرقاقات ارتباطًا وثيقًا بعدد الرقائق الموجودة على كل رقاقة. فكلما زاد عدد الرقائق على الرقاقة، انخفضت تكلفة التغليف. يُعد تغليف الرقاقات أصغر أنواع التغليف وأقلها تكلفة. وتُعتبر تقنية تغليف الرقاقات تقنيةً حقيقيةً لتغليف الرقائق بكميات كبيرة.

تتميز تقنية التغليف على مستوى الرقاقة (WLP) بأنها تقنية تغليف على مستوى الرقاقة (CSP) مناسبة للدوائر المتكاملة الصغيرة. وبفضل استخدام التغليف المتوازي وتقنية الاختبار الإلكتروني على مستوى الرقاقة، يمكن تقليل مساحة الرقاقة بشكل ملحوظ مع زيادة الإنتاجية. ونظرًا لاستخدام عمليات متوازية لتوصيلات الرقاقة على مستوى الرقاقة، يمكن خفض تكلفة كل منفذ إدخال/إخراج بشكل كبير. إضافةً إلى ذلك، فإن اعتماد إجراءات اختبار مبسطة على مستوى الرقاقة سيساهم في خفض التكاليف بشكل أكبر. ويمكن استخدام التغليف على مستوى الرقاقة لتغليف واختبار الرقاقات على مستوى الرقاقة.

اتجاهات تطوير تكنولوجيا التغليف على مستوى الرقاقة

يجب أن تسعى تقنية التغليف على مستوى الرقاقة إلى خفض التكاليف، وتحسين مستويات الموثوقية باستمرار، وتوسيع نطاق استخدامها في الدوائر المتكاملة الكبيرة. وفيما يتعلق بتقنية كرات اللحام، سيتم تطوير تقنية كرات اللحام الخالية من الرصاص وتقنية كرات اللحام عالية الرصاص. ومع التوسع المستمر في حجم رقائق الدوائر المتكاملة وتقدم تقنيات التصنيع، سيبحث مصنّعو الدوائر المتكاملة ويطورون جيلاً جديداً من تقنية التغليف على مستوى الرقاقة. لا يقتصر هذا الجيل من التقنية على تلبية احتياجات رقائق بقطر 300 مم فحسب، بل يتكيف أيضاً مع المتطلبات الحديثة لتقنية أسلاك النحاس وتقنية العازل بين الطبقات ذي ثابت العزل الكهربائي المنخفض. إضافةً إلى ذلك، ثمة حاجة لتحسين قدرة التغليف على مستوى الرقاقة على التعامل مع التيار وتحمل درجات الحرارة. كما تُعد تقنية اختبار وتقادم الرقاقة (WLBI) موضوعاً هاماً يستحق الدراسة. وتتمثل هذه التقنية في إجراء الاختبارات الكهربائية والتقادم مباشرةً على رقائق الدوائر المتكاملة، مما يُسهم بشكل كبير في تبسيط عملية الإنتاج وخفض تكاليف التغليف على مستوى الرقاقة.

ساكو مايكرو SLKOR منتجات ثنائيات شوتكي

خاتمة

تُعدّ تقنية التغليف على مستوى الرقاقة تقنيةً منخفضة التكلفة لإنتاج الرقائق بكميات كبيرة. يتميز هذا النوع من التغليف بحجمه الصغير الذي يُضاهي حجم الرقاقة، مما يجعله أصغر جهاز تركيب سطحي دقيق. وبفضل مزاياه العديدة، يشهد هذا النوع من التغليف تطورًا سريعًا مدفوعًا بالطلب المتزايد على تصغير حجم الأجهزة الإلكترونية الحديثة وخفض تكلفتها. حاليًا، تُناسب هذه التقنية عادةً الرقائق صغيرة الحجم ذات عدد منافذ الإدخال/الإخراج المنخفض. كما يحتاج القطاع إلى تطوير تقنيات جديدة لخفض تكاليف الإنتاج، وتطوير تقنيات تغليف الرقائق كبيرة الحجم، بالإضافة إلى تقنية تغليف الرقائق باستخدام مصفوفات كرات اللحام ذات المسافة الدقيقة.

عند اختيار نوع التغليف للأجهزة الإلكترونية الحديثة، من المهم تلبية متطلبات التصميم مع تقليل التكلفة إلى أدنى حد. يُعدّ التغليف على مستوى الرقاقة (WLP) حاليًا مجرد خيار بديل. ولا يزال هناك الكثير من العمل المطلوب لجعل تقنية التغليف على مستوى الرقاقة تقنية تصنيع أساسية للمنتجات واسعة النطاق ذات الإنتاج الكبير في المستقبل. ولا شك أن دمج تصميم رقائق أشباه الموصلات مع تغليف WLP سيُحسّن من تصميم أجهزة WLP وأدائها. في تقنية WLP، ونظرًا لأن خطوات تغليف جميع الأجهزة على الرقاقة تتم في وقت واحد، فإن المعالجة الدفعية تُقلّل من تكاليف التغليف. (هذا المقال مُقتبس من "معدات خاصة للصناعة الإلكترونية").

Attachment: The difference between Fan-in and Fan-out

From the perspective of technical characteristics, wafer-level packaging is mainly divided into two types: Fan-in and Fan-out. Traditional WLP packaging mostly adopts Fan-in type and is used in ICs with low pin count. However, as the number of IC signal output pins increases, the requirements for the ball pitch (Ball Pitch) become more stringent. In addition, the printed circuit board (PCB) construction requires adjustment of the post-IC packaging size and the position of the signal output pins. Therefore, various new WLP packaging types such as diffused (Fan-out) and Fan-in plus Fan-out have been derived. The manufacturing process even breaks away from the traditional WLP packaging concept.

بحسب تشو شياويانغ، رئيس شركة أمكور الصين: حجم الشريحة المستخدمة في تغليف Fan-in هو نفسه حجم المنتج على المستوى ثنائي الأبعاد، وتتمتع الشريحة بمساحة كافية لاستيعاب جميع منافذ الإدخال/الإخراج. عندما لا يكون حجم الشريحة كافيًا لاستيعاب جميع منافذ الإدخال/الإخراج، يصبح تغليف Fan-out ضروريًا. بالطبع، يضيف تغليف Fan-out عادةً مكونات نشطة و/أو غير نشطة لتشكيل حزمة SIP مع توسيع المساحة.

لنتحدث أولاً عن نوع المروحة الداخلية.

بحسب تقرير صادر عن شركة ماميس للاستشارات، فقد طُبقت تقنية التغليف المروحي بنجاح ونمت باطراد لأكثر من عشر سنوات. ولا تزال هذه التقنية جذابة حتى اليوم بفضل مزيجها الفريد من صغر حجم العبوة وانخفاض تكلفتها. وبفضل هذه المزايا، تمكنت من الانتشار تدريجيًا في سوق الأجهزة المحمولة والأجهزة اللوحية، التي تُعدّ فيها الأجهزة صغيرة الحجم عاملًا حاسمًا، ولا تزال تحافظ على مكانتها القوية في هذا المجال. وتشير التقديرات إلى أن أكثر من 90% من تقنية التغليف المروحي تُستخدم حاليًا في مجال الهواتف المحمولة. وفيما يتعلق بتطبيقاتها، فإن أكثر من 30% من جميع الأجهزة المُغلّفة في الهواتف الذكية المتطورة تستخدم هذه التقنية. لذا، لا تزال تقنية التغليف المروحي في أوج ازدهارها في سوق الهواتف المحمولة.

على الرغم من استقرار وتيرة نمو تقنية التغليف المروحي حتى الآن، إلا أن التغيرات في سوق أشباه الموصلات العالمي وتزايد الشكوك حول التطبيقات المستقبلية ستؤثر حتماً على آفاق هذه التقنية. ومع انخفاض نمو شحنات الهواتف الذكية من 35% عام 2013 إلى 8% عام 2016، وتوقع انخفاض هذا الرقم إلى 6% بحلول عام 2020، فإن استخدام تقنية التغليف المروحي، مدفوعاً بسوق الهواتف الذكية، بات مشبعاً بشكل متزايد. ورغم أن النمو المرتفع المتوقع ليس متفائلاً، إلا أن الهواتف الذكية لا تزال المحرك الرئيسي لتطوير صناعة أشباه الموصلات، ومن المتوقع أن تصل شحناتها إلى ملياري وحدة عام 2020.

تُعدّ المكونات المتكاملة لشبكات الواي فاي/البلوتوث (الشبكة المحلية اللاسلكية، البلوتوث)، وأجهزة الإرسال والاستقبال، ودوائر إدارة الطاقة المتكاملة، ومحولات التيار المستمر/المستمر (التي تُمثل حوالي 50% من الإجمالي) المكونات الرئيسية المُعبأة بتقنية التغليف المُدمج، بالإضافة إلى العديد من الأجهزة الرقمية والتناظرية والمختلطة، بما في ذلك أنظمة MEMS ومستشعرات الصور. ويُحتمل أن يكون التحدي الأكبر الذي يواجه تقنية التغليف المُدمج في المستقبل هو دمج وظائف الأجهزة في التغليف على مستوى النظام. يُوضح الشكل أدناه تأثير نمو التغليف على مستوى النظام على شحنات التغليف المُدمج، حيث انخفض معدل النمو السنوي المركب الإجمالي من 9% إلى 6%. يُقدم هذا التقرير تحليلاً مُفصلاً لنمو التغليف المُدمج وتأثيره على التغليف المُدمج.

أما بالنسبة لسوق التغليف المدمج، فتشير إحصاءات عام 2015 إلى أن خدمات تغليف واختبار أشباه الموصلات الخارجية تستحوذ على حصة سوقية كبيرة، بما في ذلك شركات تصنيع متكاملة (مثل TI وTexas Instruments) وشركات تصنيع رقائق (مثل TSMC). وقد حققت شركة STATS ChipPAC نموًا ملحوظًا بعد استحواذ JCET عليها. أما على صعيد التصميم، فتستحوذ شركتا كوالكوم وبرودكوم على 50% من إجمالي سوق التغليف المدمج.

فيما يتعلق بتقنيات التغليف، ركز السوق خلال السنوات القليلة الماضية بشكل أساسي على تطوير تقنية تغليف الرقاقات بتقنية "التوزيع الخارجي". مع ذلك، شقت تقنية "التوزيع الداخلي" طريقها الخاص في التطوير ووضعت خارطة طريق لها. فإلى جانب إمكانية التوسع، يمكنها أن تُسهم في إدخال تقنيات مبتكرة أخرى، مثل حماية القوالب من جميع الجوانب. يقدم هذا التقرير تحليلاً مفصلاً لخارطتي طريق لتقنية "التوزيع الداخلي": إحداهما للتصنيع بكميات كبيرة، والأخرى للاستعداد للإنتاج. تشمل خارطة الطريق عدادات الإدخال/الإخراج، والمسافات بين الخطوط، وتباعد النتوءات، وسُمك العبوة، وأبعادها، وغيرها. بالإضافة إلى ذلك، يحلل هذا التقرير تقنية "التوزيع الداخلي" من منظور استخدام عقد تقنية الدوائر المتكاملة، والتوسع المستقبلي لأجهزة الدوائر المتكاملة بتقنية "التوزيع الداخلي". على الرغم من أن مسار إنتاج تقنية "التوزيع الداخلي" للتصنيع بكميات كبيرة يتوسع بوتيرة أبطأ من تقنية "التوزيع الخارجي"، إلا أن تقنية "التوزيع الداخلي" قادرة على تلبية متطلبات التوسع لمعظم تقنيات "التوزيع الخارجي"، ولديها مسار تطوير جاهز للإنتاج.

والآن، دعونا نتحدث عن نوع الانتشار.

تعتمد تقنية التغليف بالتفرع على سحب الأسلاك، وهي طريقة اقتصادية نسبيًا؛ بينما تسمح تقنية التغليف بالتفرع على مستوى الرقاقة (WLP) بدفن أنواع مختلفة من الرقاقات، تمامًا كما في عملية WLP، مما يُعادل تقليل طبقة واحدة من التغليف. وفي حال وضع رقاقات متعددة، يُصبح التغليف متعدد الطبقات ضروريًا، مما يُساهم في خفض تكاليف العميل. العامل الوحيد المؤثر على تكلفة الدوائر المتكاملة حاليًا هو حجم الرقاقة.

منذ عام 2013، تعمل مصانع التغليف والاختبار الكبرى حول العالم بنشاط على توسيع طاقتها الإنتاجية لتقنية FOWLP، وذلك لتلبية متطلبات التكلفة الصارمة لسوق الهواتف الذكية متوسطة ومنخفضة السعر. ولأن تقنية FOWLP لا تتطلب استخدام مواد لوحات حاملة، فإنها توفر ما يقارب 30% من تكاليف التغليف، كما أن سماكة التغليف أقل، مما يُسهم في تحسين القدرة التنافسية لمنتجات مصنعي الرقائق.

يُشير تقرير صادر عن شركة ميمز للاستشارات إلى أن عام 2016 يُمثل نقطة تحول في سوق التغليف ذي التصميم المروحي. وقد أدى انضمام شركتي آبل وTSMC إلى تغيير وضع استخدام هذه التقنية، ومن المُحتمل أن يبدأ السوق تدريجيًا في تقبّلها. وسيُقسم سوق التغليف ذي التصميم المروحي إلى نوعين:

- السوق "الأساسي" لتغليف الرقائق بتقنية التوزيع المروحي، بما في ذلك تطبيقات الرقاقة الواحدة مثل النطاق الأساسي، وإدارة الطاقة، وأجهزة الإرسال والاستقبال اللاسلكية. يُعد هذا السوق مجال التطبيق الرئيسي لحلول تغليف الرقائق بتقنية التوزيع المروحي على مستوى الرقاقة، وسيحافظ على اتجاه نمو مستقر.

بدأ سوق التغليف المروحي عالي الكثافة مع تقنية APE من آبل، والتي تشمل المعالجات والذاكرة وغيرها من التطبيقات ذات أحجام البيانات المدخلة والمخرجة الكبيرة. يتسم هذا السوق بقدر كبير من عدم اليقين، ويتطلب حلولاً متكاملة جديدة وحلول تغليف مروحي عالية الأداء. ومع ذلك، يتمتع هذا السوق بإمكانيات هائلة.

نظراً للإمكانات الهائلة لتقنية التغليف المروحي في أسواق "الكثافة العالية" وأسواق "الأساسية" ذات النمو المستقر، يُتوقع أن تستثمر سلسلة التوريد في هذا المجال بكثافة في قدرات التغليف المروحي. بعض المصنّعين قادرون بالفعل على توفير تغليف مروحي على مستوى الرقاقة، بينما لا يزال العديد منهم في مرحلة تطوير منصات التغليف المروحي بهدف دخول سوق التغليف المروحي وتوسيع نطاق منتجاتهم.

بالإضافة إلى TSMC، ستستفيد STATS ChipPAC (STATS ChipPAC سنغافورة) من دعم JCET (شركة جيانغسو تشانغديان للتكنولوجيا) لمواصلة الاستثمار في تطوير تقنية التغليف المروحي (في أوائل عام 2015، استحوذت شركة جيانغسو تشانغديان للتكنولوجيا على STATS ChipPAC سنغافورة مقابل 780 مليون دولار أمريكي). أقامت ASE (مجموعة ASE) علاقة تعاون وثيقة مع Deca Technologies (في مايو 2016، تلقت Deca Technologies استثمارًا بقيمة 60 مليون دولار أمريكي من مجموعة ASE، وحصلت مجموعة ASE على ترخيص تقنية التغليف المروحي على مستوى الرقاقة من سلسلة M الخاصة بشركة Deca Technologies). تهدف شركات Amkor (شركة أنكور للتكنولوجيا)، وSPIL (شركة سيليكون برودكتس للتكنولوجيا)، وPowertech (شركة باورتك) إلى الإنتاج الضخم في المستقبل، وهي في مرحلة تطوير تقنية التغليف المروحي. يبدو أن سامسونج متأخرة في تحديد كيفية المنافسة.

من حيث القدرة السوقية، تحافظ عبوات المروحة على معدل نمو سنوي مركب بنسبة 56٪، مما سيجلب آفاقًا واسعة لمصنعي التعبئة والتغليف والاختبار في المستقبل.

But this new technology will still face great challenges in the future. Zhou Xiaoyang, president of Amkor China, said that Fan-out technology will have great demand in application fields that are smaller, thinner and faster. The current cost of Fan-out is relatively high and requires further technical optimization. In addition to wafer-based technology, many manufacturers are also doing panel-based technology.

تُعدّ شركة TSMC حاليًا من أبرز الداعمين لتقنية التوزيع المروحي، بينما تمتلك شركة Amkor وغيرها من شركات التغليف والاختبار الكبرى تقنيات توزيع مروحي فريدة ومتنوعة. ومع ذلك، لا تزال تقنية التوزيع المروحي الحالية في طور التطوير، وتحتاج إلى تحسين إنتاجيتها وموثوقيتها.

ملاحظة: هذه المقالة مأخوذة من الإنترنت وتدعم حماية حقوق الملكية الفكرية. يُرجى ذكر المصدر الأصلي والمؤلف عند إعادة نشرها. في حال وجود أي انتهاك، يُرجى التواصل معنا لحذفها.

رقم هاتف الشركة: +86-0755-83044319
فاكس: +86-0755-83975897
بريد إلكتروني: 1615456225@qq.com
س: 3518641314 مدير لي

ف ف: 332496225 مدير تشيو

العنوان: الغرفة 809، المبنى ج، مبنى زانتاو للتكنولوجيا، رقم 1079 شارع مينزي، منطقة لونغهوا الجديدة، شنتشن