上海电子展|封装设备技术的演变与革新——从传统到先进
上海电子展浅谈传统封装设备
传统封装设备是指用于半导体器件封装的一系列机械设备和工艺工具。这些设备在半导体产业链中扮演着至关重要的角色，它们的主要任务是将芯片（或称为裸片）封装到适当的封装体中，以保护芯片并提供与外部电路的连接。
贴片机
贴片机（Die bonder）或固晶机在半导体封装过程中扮演着至关重要的角色，特别是在芯片贴装（Die attach）环节中。它是将裸片（芯片）精确地贴装到封装基板上的关键设备，确保芯片与基板之间的连接质量和可靠性。
贴片机（Die bonder）的主要功能包括：
精确对准：贴片机通过高精度的对准系统，确保芯片与封装基板上的对准标记完全对齐，以实现精确的贴装。
拾取和放置：贴片机使用精密的机械手或吸盘来拾取芯片，并将其放置在封装基板的指定位置上。这一过程要求非常高的精确度和稳定性。
压力和温度控制：在芯片贴装过程中，需要施加适当的压力，并在某些情况下对芯片进行加热，以确保芯片与基板之间的良好接触和粘结。贴片机能够精确控制这些参数，以提供非常好的贴装效果。
高速和高效：现代贴片机通常具有高速的贴装能力，能够快速处理大量的芯片，提高生产效率。
检测和监控：贴片机通常配备有先进的视觉系统和传感器，用于实时监测贴装过程，确保芯片的正确位置和状态。
在半导体封装生产线中，贴片机是不可或缺的核心设备之一。它的性能和质量直接影响到产品的可靠性和性能。因此，选择适合生产需求的贴片机，并进行正确的操作和维护，对于保证半导体封装的质量至关重要。
划片机
划片机，也称为切割机或划切机，是半导体封装和制造过程中用于将晶圆或芯片切割成独立单元的设备。它主要用于将大尺寸的晶圆切割成较小的芯片，以便进行后续的封装和测试。
划片机的主要功能是通过高速旋转的刀片或激光束，将晶圆按照预设的线条进行精确切割。切割过程中，划片机需要确保刀片的锋利度和准确性，以及切割深度的控制，以避免对芯片造成损伤或破坏。
划片机在半导体制造中具有重要的作用。首先，它能够将大尺寸的晶圆切割成多个独立的芯片，从而提高了生产效率和产量。其次，划片机能够确保每个芯片的尺寸和形状的一致性，为后续的封装和测试提供了便利。此外，划片机还能够减少芯片制造过程中的废料和损失，降低生产成本。
根据切割方式的不同，划片机可以分为机械划片机和激光划片机两种。机械划片机使用高速旋转的刀片进行切割，适用于大多数材料的切割。而激光划片机则利用高能激光束进行切割，适用于一些特殊材料或高精度要求的切割。
键合机
键合机是在半导体封装和微电子制造中使用的设备，主要用于实现晶片与晶片之间、晶片与电极之间的电气连接。根据应用的不同，键合机可以分为多种类型，其中很常见的包括引线键合机和热超声键合机。
引线键合机：
引线键合机是一种用于实现晶片与电极之间电气连接的机电一体化装置。在微电子封装领域，它广泛应用于LED发光二极管、芯片IC等电气连接工序。
引线键合机通过金属丝（如金丝、铝丝等）将芯片上的电极与支架或其他电路连接起来。它利用热压或超声能量使金属丝与芯片电极之间形成焊接键合，从而实现电气连接。
自动化的引线键合机具有高效率和高精度的特点，能够大幅提高生产效率，并减少人为操作的错误。
热超声键合机：
热超声键合机是一种常用的键合设备，通常用于实现金属线与半导体器件之间的连接。它结合了热和压力以及超声振动，以促进金属与半导体材料之间的键合。
热超声键合机适用于球/楔或楔/楔键合模式，可以通过触摸屏进行简单操作，并具备多种键合参数调节功能。
该设备通常具有高精度和高可靠性的特点，适用于实验室、试点或小批量生产线的应用。
键合机在半导体封装和微电子制造中发挥着重要作用，它们能够实现晶片与晶片、晶片与电极之间的可靠连接，为电子产品的性能和稳定性提供了重要保障。随着技术的不断发展，键合机也在不断改进和优化，以适应更高精度和更高效率的生产需求。
晶圆减薄机
晶圆减薄机是一种专门用于将晶圆（半导体晶片）减薄到所需厚度的设备。在半导体制造过程中，晶圆减薄是一个重要的步骤，主要用于减小晶圆的厚度，以便在后续的封装和测试过程中更容易处理。晶圆减薄机通过使用机械研磨、化学腐蚀或激光烧蚀等方法来去除晶圆的一部分材料，从而达到减薄的目的。
晶圆减薄机的工作原理通常涉及以下几个步骤：
晶圆固定与对准：晶圆首先被固定在减薄机的工作台上，并通过对准系统确保其位置精确。这有助于确保减薄过程的准确性和一致性。
减薄过程：减薄机使用研磨轮、化学腐蚀剂或激光束等工具，对晶圆进行减薄。研磨方法通常涉及使用高速旋转的研磨轮去除材料，而化学腐蚀则使用特定的化学溶液与晶圆表面反应来去除材料。激光烧蚀则利用高能激光束照射晶圆表面，使其局部材料迅速熔化或蒸发。
厚度监控与调整：在减薄过程中，晶圆减薄机会实时监测晶圆的厚度，并根据需要进行调整。这可以通过控制研磨轮的转速、施加的压力、腐蚀剂的浓度或激光束的功率等参数来实现。
清洗与后处理：完成减薄后，晶圆需要进行清洗，以去除残留在表面的研磨剂、化学腐蚀剂或其他杂质。然后，晶圆可能会经历进一步的表面处理或涂层步骤，以满足后续工艺的要求。
晶圆减薄机在半导体制造中扮演着关键角色，它能够确保晶圆具有适当的厚度，从而提高生产效率、降低成本，并改善产品的性能和质量。随着半导体技术的不断发展，晶圆减薄机也在不断升级和改进，以适应更薄、更大尺寸的晶圆制造需求。
上海电子展浅谈先进封装设备
先进封装设备是指在半导体封装过程中使用的，相较于传统封装设备具有更高性能和更先进技术的设备。这些设备主要用于实现更高级别的封装工艺，以提高半导体器件的性能、可靠性和生产效率。
Bumping(凸块）工艺设备
Bumping（凸块）工艺设备是专门用于制造凸块的设备，主要应用于凸块工艺中。凸块是定向指生长于芯片表面，与芯片焊盘直接或间接相连的具有金属导电特性的突起物。凸块是芯片倒装必备工艺，是先进封装的核心技术之一。
凸块按材料可以分为金凸块、铜镍金凸块、铜柱凸块、焊球凸块等。以金/铜凸块为例，Bumping的工艺主要步骤包括采用溅射或其他PVD的方式在晶圆表面沉积一层金属。
凸块工艺设备的具体型号和配置会根据具体的生产工艺和需求而有所不同。如果需要更详细的信息，建议查阅相关领域的专业文献或咨询相关领域的专家。
TSV工艺设备
TSV工艺设备主要应用于硅通孔（TSV，Through Silicon Via）工艺中。TSV是一种在硅基板上垂直穿透的通孔，用于实现芯片之间的三维互联。TSV工艺设备涉及多个关键步骤，包括通孔刻蚀、绝缘层/阻挡层/种子层沉积、通孔内导电物质填充、晶圆减薄以及晶圆键合等。
以下是TSV工艺设备的一些主要组成部分及其功能：
深孔刻蚀设备：用于在硅基板上形成垂直穿透的通孔。这些设备通常基于干法刻蚀技术，如Bosch工艺。
PVD、CVD设备：用于在通孔内壁沉积绝缘层、阻挡层和种子层。这些设备通过物理气相沉积（PVD）或化学气相沉积（CVD）技术来实现。
电镀设备：用于在通孔内进行导电物质（如铜）的填充。电镀设备通过电流作用在通孔内沉积金属，形成导电通道。
晶圆减薄设备：在完成导电物质填充后，需要对晶圆进行减薄，以便暴露出TSV的底部。晶圆减薄设备通常采用机械研磨或化学腐蚀等方法来实现。
晶圆键合设备：用于将多个带有TSV的晶圆键合在一起，形成三维集成电路。晶圆键合设备通过施加压力、温度和/或电场等条件，促进晶圆之间的连接。
RDL工艺设备
RDL（Redistributed Layer，重布线层）工艺设备是用于实现RDL技术的设备。RDL技术是一种先进的封装技术，它通过在芯片上增加额外的布线层，以提高封装的性能和可靠性。RDL工艺设备涉及多个关键步骤，包括电介质沉积、湿法或干法蚀刻、阻挡层和籽晶层沉积以及镀铜等。
RDL工艺设备通常包括以下几个关键组成部分：
涂胶机：用于在芯片表面涂覆光刻胶，以定义出RDL图形的轮廓。
光刻机：用于将RDL图形从掩膜转移到涂有光刻胶的芯片表面。光刻机通过曝光和显影过程，将RDL图形精确地转移到芯片上。
刻蚀机：用于通过湿法或干法刻蚀技术，将RDL图形从芯片表面刻蚀出来。刻蚀机根据光刻胶定义的图形，去除芯片表面的材料，形成RDL布线结构。
溅射台：用于在刻蚀出的RDL布线结构上沉积阻挡层和籽晶层。溅射台通过物理溅射技术，将金属材料沉积在芯片表面，以形成良好的导电层。
电镀设备：用于在籽晶层上进行铜的填充和增厚。电镀设备通过电流作用，在籽晶层上沉积铜材料，形成RDL布线层的导电通道。
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文章来源：封测实验室