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先进封装-超越摩尔定律

半导体先进封装是超越传统封装技术的一系列创新方法,它更侧重于提升功能密度、优化电气性能、实现异质集成(如将不同工艺节点的芯片、乃至芯片与硅光器件等集成在一起),并满足更小尺寸、更高能效的需求。它不仅是简单的封装,更是涉及晶圆级(Wafer-Level)、面板级(Panel-Level)的处理,以及2.5D/3D集成等复杂技术的领域,旨在解决“后摩尔时代”晶体管微缩面临的挑战,直驱技术的引入可以满足先进封装更小的凸点间距、更高的I/O密度、更大的封装面积等严苛要求,让先进封装设备运动控制系统具备纳米级的定位精度、高动态响应、高可靠性等特性。

先进封装-超越摩尔定律

应用与解决方案

混合键合设备应用

混合键合是一种先进的键合技术,用于将不同材料的晶体片或器件层连接在一起,形成高度集成的结构,通过混合键合,不同材料的晶体片或器件可以在接近室温的条件下键合在一起,避免了高温处理可能引起的材料兼容性和失配问题,混合键合技术还允许不同材料的集成,包括硅、玻璃、氮化硅、氮化铝等。混合键合广泛应用于MEMS、集成光学器件、三维集成电路、微纳电子系统等领域,主要适用于铜-铜直接连接,间距<10μm,用于HBM4以上堆叠。混合键合作为半导体先进封装的核心工艺装备,具有许多优点,如:高精度的对准、强大的机械强度、优异的电连接和封装性能,这使得它成为构建复杂、多功能和高性能微电子器件和系统的重要技术。

混合键合设备对晶圆对准精度±100nm与动态响应性能提出严苛要求,雅科贝思可以根据客户机型提供定制的超精密多轴气浮运动平台,搭配主动补偿算法的多轴协同的驱控器,集成纳米级高分辨率编码器,可实现高定位精度与高速度稳定性,可选实时振动抑制技术,进行精准执行晶圆拾取、预对准及亚微米级键合动作,显著优化芯片堆叠的良率与生产效率,赋能客户突破摩尔定律瓶颈,加速半导体技术迭代。

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热压键合设备应用

热压键合机(Thermal Compression Bonding Machine, TCB) 是一种通过精准控制温度、压力和时间,实现材料间高可靠性连接的半导体制造设备,主要是在真空或特定气氛环境下,利用加热和加压使界面材料,如:金属凸点、导电胶等发生物理或者化学键合,形成电气互连和机械密封,主要适用于40–10μm凸点间距,短期内TCB仍是HBM和先进封装主流,而混合键合将主导HBM6及以上技术迭代。

热压键合设备正朝高精度直驱化趋势发展,对准精度由微米级向纳米级不断升级,雅科贝思推可根据客户机型进行定制超精密气浮运动平台,搭配主动补偿算法的多轴协同的驱控器,集成纳米级高分辨率编码器,可实现高定位精度和高速度稳定性,可选实时振动抑制技术,来应对半导体热压键合精度与效率挑战,随着高密度互联需求驱动TCB在5G、HPC芯片中渗透率提升,直驱产品技术解决方案也将进一步向超精密、智能化、低成本演进来支撑3D IC、HBM等高端封装需求。

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先进封装Flip Chip应用

Flip Chip倒装芯片是一种将芯片有源区I/O焊盘面朝下,通过微凸点Bump阵列直接与基板互连的封装技术,技术工艺主要包括凸点制作,如在芯片I/O焊盘上沉积锡铅球或铜柱凸点,通过UBM增强附着力,以及倒装键合,如:芯片翻转后加热,熔融凸点与基板焊盘精准对准并焊接,取代传统引线键合,主要应用领域如: CPU/GPU高性能计算, DRAM、5G基带芯片、光模块的存储与通信,以及微型化设备如:传感器、MEMS、汽车电子。
雅科贝思推出双龙门结构超精密气浮运动平台,搭配强大算法驱控系统以及高精度编码器反馈做闭环控制,等实现纳米级运动定位精度与kHz级动态响应,
●全局定位精度到±1μm
●局部定位精度到±350nm~ ±500nm
●加速度可达5g
●Z轴峰值速度达1m/s ~2m/s
●提升倒装芯片产能10kUPH
满足Flip Chip凸点间距微米级键合需求,实时压力与温度反馈,避免因热应力导致的芯片翘曲失效,全系统兼容ISO5级及更高洁净环境,适用于所有尺寸晶圆级倒装芯片的先进封装,倒装芯片通过结构创新成为高密度封装主流,随着Chiplet异构集成与3D堆叠技术普及,超精密运动平台会进一步融合实时定位补偿、微环境散热等创新技术以支撑半导体持续微型化与高效化发展。

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