先進(jìn)封裝中的未知數(shù)和挑戰(zhàn)
Promex Industries 首席執(zhí)行官 Dick Otte著眼于先進(jìn)封裝中哪些可行，哪些仍需改進(jìn)提出建議。
Promex Industries 首席執(zhí)行官 Dick Otte對(duì)先進(jìn)封裝中材料特性的未知數(shù)、對(duì)鍵合的影響，以及為什么環(huán)境因素在復(fù)雜的異質(zhì)封裝中如此重要等問(wèn)題進(jìn)行回答。以下是本次談話的節(jié)選。公司一直在設(shè)計(jì)異構(gòu)芯片以利用特定應(yīng)用程序或用例，但他們也需要為這些異構(gòu)組件設(shè)計(jì)高級(jí)封裝。因?yàn)槠渲泻芏喽际嵌ㄖ圃O(shè)計(jì)，是否存在使這項(xiàng)工作順利進(jìn)行的工具？Otte: 有很多強(qiáng)大的工具。例如，如果您查看設(shè)計(jì)軟件，就會(huì)發(fā)現(xiàn) SolidWorks 在機(jī)械方面做得很好。它會(huì)下降到亞微米級(jí)別并且處理得很好。并且有用于深度分析的昂貴軟件包，而我們開(kāi)發(fā)的計(jì)算能力使其能夠做到這一點(diǎn)并快速獲得結(jié)果——有時(shí)只需幾分鐘。但是我們對(duì)材料特性的了解還不夠詳細(xì)，無(wú)法在設(shè)計(jì)中有效地使用它們，這是弱點(diǎn)之一。如果您查看標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)表，如果它告訴您彈性模量，更不用說(shuō)玻璃化轉(zhuǎn)變溫度是多少，以及當(dāng)您翻閱它時(shí)模量如何變化——尤其是結(jié)合熱膨脹系數(shù)時(shí)，你需要知道所有這些東西才能真正“設(shè)計(jì)”它。接下來(lái)要做的是我們?nèi)绾潍@得零件？3D 打印正在興起，并在很大程度上幫助提高了零件的可用性。但它有一些限制，尤其是表面光潔度。今天，大多數(shù)進(jìn)行 3D 打印的過(guò)程都會(huì)給你一個(gè)相對(duì)粗糙的表面處理，大約 300 微英寸的數(shù)量級(jí)，你可以用 RMS “均方根” 測(cè)量表面光潔度。這太粗糙了，尤其是對(duì)于光學(xué)而言。它非常適合粘附，但需要非常平坦的表面。這基本上相當(dāng)于非常先進(jìn)節(jié)點(diǎn)的線邊緣粗糙度，對(duì)吧？Otte: 是的，這是一個(gè)很好的類比。圍繞 MEMS 也付出了很多努力。雖然 MEMS 傳統(tǒng)上是在芯片層面中完成的，但我們開(kāi)始看到這些工藝使用其他材料。金屬蝕刻通常在薄片上完成。那么我們可以在哪里使用這些光刻技術(shù)來(lái)獲得真正高分辨率的部件呢？一旦你得到了零件，你如何將它們連接在一起。您可能有一個(gè)玻璃部件、一個(gè)塑料部件和一個(gè)金屬部件。我如何加入他們？遇到的第一個(gè)問(wèn)題是在表面上獲得足夠的附著力。一旦解決了這個(gè)問(wèn)題，我如何在熱循環(huán)時(shí)將它保持在一起？如果陶瓷的膨脹系數(shù)為 3 ppm，而我使用的這種聚合物是因?yàn)槲蚁矚g它的光學(xué)特性，它的膨脹系數(shù)為 50 ppm，當(dāng)我將它循環(huán)到 150°C 以滿足 MIL-STD-883 時(shí)會(huì)發(fā)生什么？答案是它會(huì)分開(kāi)。你還看到了哪些其他挑戰(zhàn)？Otte：一旦你組裝好設(shè)備，你如何讓它滿足環(huán)境要求。人們傾向于回到舊的貝爾標(biāo)準(zhǔn) MIL-STD-883。手機(jī)專家很久以前就放棄了。他們有自己的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。商業(yè)設(shè)備設(shè)計(jì)人員必須應(yīng)對(duì)的關(guān)鍵問(wèn)題之一是這些要求是否適合他們的環(huán)境？比如在佛羅里達(dá)州，濕度很高，在沙特阿拉伯，有風(fēng)、沙塵和高溫，這些設(shè)備也需要在北極工作。所以環(huán)境溫度很關(guān)鍵？Otte：是的，但濕度和吸水率也是如此，材料數(shù)據(jù)表中通常沒(méi)有很好地說(shuō)明這些問(wèn)題。對(duì)介電常數(shù)有什么影響？物理尺寸是多少，加熱時(shí)是否有爆炸的趨勢(shì)？畢竟，當(dāng)您將產(chǎn)品投入現(xiàn)實(shí)世界時(shí)，您仍然會(huì)遇到意想不到的后果。當(dāng)你將不同的組件封裝在一起時(shí)，會(huì)有很多變數(shù)。你如何解決這個(gè)問(wèn)題？Otte：你必須從基礎(chǔ)開(kāi)始。這些零件有什么特點(diǎn)？我想在連接方面完成什么？幾乎總有一個(gè)可行的解決方案，但總需要為此付出代價(jià)。例如，引線鍵合仍然是使用最廣泛的互連方法之一，因?yàn)樗猛緩V泛，可以將一根小電線從一個(gè)地方連接到另一個(gè)地方，并且可以正常工作。缺點(diǎn)就是會(huì)產(chǎn)生寄生效應(yīng)，設(shè)備很脆弱，你必須把它全部裝進(jìn)一個(gè)有限的空間。是否有足夠的培訓(xùn)和人才來(lái)處理這個(gè)問(wèn)題？Otte：不，我們看到的問(wèn)題之一是當(dāng)今從大學(xué)走出來(lái)的人在處理軟件和應(yīng)用程序方面非常有才華，但是他們沒(méi)有的是我們這一代人用雙手建造東西的經(jīng)驗(yàn)。我將我的大部分工程技能歸因于我在學(xué)校和高中時(shí)制作模型飛機(jī)的愛(ài)好。我了解了所有這一切，我了解到如果我想在星期天駕駛我的飛機(jī)，我必須在本周早些時(shí)候齊心協(xié)力并建造它。所以你學(xué)會(huì)了如何管理項(xiàng)目并將所有這些東西粘合在一起。如今，這些手工制作的愛(ài)好已經(jīng)不多了，其局限性之一是年輕的工程人員無(wú)法直觀地理解物理世界。他們更依賴于計(jì)算機(jī)、分析和設(shè)計(jì)。因?yàn)樗麄冊(cè)诟叩某橄髮哟紊瞎ぷ鳎?/span>Otte：是的，這是因?yàn)樵谶^(guò)去，您所要做的就是使光刻越來(lái)越精細(xì)。我們真的把它推到了極限。我們?cè)?Promex 看到的一件事是，因?yàn)槲覀冋谶M(jìn)行異構(gòu)集成和組裝——我們不制造晶圓——是在醫(yī)學(xué)和生物技術(shù)等領(lǐng)域的大量創(chuàng)新。人們正在制造設(shè)備并開(kāi)發(fā)利用電子設(shè)備來(lái)收集和處理信息并報(bào)告結(jié)果的解決方案。他們的設(shè)備必須與現(xiàn)實(shí)世界中的人互動(dòng)，分析血液和唾液，因此他們需要包含非電子部件的傳感器。他們也在做 DNA 測(cè)序之類的事情，你需要在其中應(yīng)用化學(xué)。對(duì)于一些公司來(lái)說(shuō)，這并沒(méi)有那么好。Otte：你需要關(guān)注正在發(fā)生的事情的物理細(xì)節(jié)。這不僅僅是關(guān)于財(cái)務(wù)和軟件。你需要問(wèn)的真正問(wèn)題是，“這東西有用嗎？”這不是小芯片的一大挑戰(zhàn)嗎？它不再只是軟 IP。您需要在芯片中證明這一點(diǎn)。Otte：沒(méi)錯(cuò)，這需要很多技巧和能力。您需要一臺(tái)掃描電子顯微鏡、微探測(cè)以及許多重要的分析技術(shù)。還有 AFM 和多光束檢測(cè)？Otte：是的，這就是我們?cè)谟?jì)量學(xué)方面進(jìn)行大量投資的原因。我們有全自動(dòng)光學(xué)比較器，它們都是電子的，可以進(jìn)行微米級(jí)別的測(cè)量。我們有兩臺(tái) Keyence 設(shè)備。我們使用一個(gè)來(lái)測(cè)量平面度，因?yàn)楫?dāng)您使用 256 引腳 BGA 并希望將它們放在基板上時(shí)，它們的平面度最好達(dá)到萬(wàn)分之一，否則它們將不會(huì)連接在一起。該工具將測(cè)量到該準(zhǔn)確度水平，并告訴您事情是否可行。你如何處理晶圓制造中的翹曲問(wèn)題？Otte：人們不想談?wù)摴璧囊患率乾F(xiàn)在我們通常將晶圓減薄到 100 微米。這很常見(jiàn)。你可以減薄到 10 微米，因?yàn)樗鼈兾挥陧斆妗５俏覀儧](méi)有辦法處理晶圓，一旦你的尺寸遠(yuǎn)低于 50 微米，我們就無(wú)法處理晶圓和芯片。如果芯片很小，你可以做 50 微米。您可以處理 cm2大小尺寸的芯片。但是當(dāng)你變得那么小時(shí)，它真的變得很艱難。這應(yīng)該會(huì)在接下來(lái)的幾十年里帶來(lái)一些非常有趣的工程挑戰(zhàn)，而且它的發(fā)展前景看不到盡頭。我們將如何確保這些設(shè)備在其預(yù)期使用壽命內(nèi)正常工作？Otte：你必須與用戶保持聯(lián)系。他們告訴你發(fā)生了什么。可以做出各種預(yù)測(cè)，但重要的是您隨著時(shí)間和與客戶合作的經(jīng)驗(yàn)所學(xué)到的東西。如果你想告訴你的客戶一個(gè)設(shè)備可以使用 10 年，你需要能夠證明你一直在使用相同的方法制造東西，使用這種表面貼裝焊料和這些焊盤(pán)尺寸以及這些類型的封裝，為了20 年——并且它們有效。當(dāng)您開(kāi)始驅(qū)動(dòng)小芯片之類的東西時(shí)，小芯片的意外后果是什么？我可以告訴你各種會(huì)導(dǎo)致設(shè)備出現(xiàn)故障的事情。訣竅是找到長(zhǎng)期有效的組合。這里最大的挑戰(zhàn)之一是你需要整個(gè)供應(yīng)鏈都參與其中，而不僅僅是個(gè)別部分，對(duì)吧？Otte：是的，我們一直在討論對(duì)最終產(chǎn)品的影響。關(guān)于設(shè)備和流程正在發(fā)生的事情，還有另外一個(gè)故事。我們需要什么樣的工具和設(shè)備，而我們今天沒(méi)有。有一個(gè)全新的新興世界。這些東西從哪里來(lái)，誰(shuí)來(lái)設(shè)計(jì)它？每個(gè)人都想設(shè)計(jì)出高端的下一部手機(jī)，但誰(shuí)愿意設(shè)計(jì)將所有這些東西組合在一起的機(jī)器呢？我們需要設(shè)備來(lái)做基本的事情，比如在基板上放一層薄薄的銀以獲得沒(méi)有密度或針孔的均勻性。當(dāng)您嘗試放下合金時(shí)會(huì)發(fā)生什么？這真的很復(fù)雜，你需要對(duì)物理學(xué)有很好的理解。
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發(fā)表于 06-21 14:15
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