先進封裝中的未知數和挑戰
Promex Industries 首席執行官 Dick Otte著眼于先進封裝中哪些可行，哪些仍需改進提出建議。
Promex Industries 首席執行官 Dick Otte對先進封裝中材料特性的未知數、對鍵合的影響，以及為什么環境因素在復雜的異質封裝中如此重要等問題進行回答。以下是本次談話的節選。公司一直在設計異構芯片以利用特定應用程序或用例，但他們也需要為這些異構組件設計高級封裝。因為其中很多都是定制設計，是否存在使這項工作順利進行的工具？Otte: 有很多強大的工具。例如，如果您查看設計軟件，就會發現 SolidWorks 在機械方面做得很好。它會下降到亞微米級別并且處理得很好。并且有用于深度分析的昂貴軟件包，而我們開發的計算能力使其能夠做到這一點并快速獲得結果——有時只需幾分鐘。但是我們對材料特性的了解還不夠詳細，無法在設計中有效地使用它們，這是弱點之一。如果您查看標準數據表，如果它告訴您彈性模量，更不用說玻璃化轉變溫度是多少，以及當您翻閱它時模量如何變化——尤其是結合熱膨脹系數時，你需要知道所有這些東西才能真正“設計”它。接下來要做的是我們如何獲得零件？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，大多數進行 3D 打印的過程都會給你一個相對粗糙的表面處理，大約 300 微英寸的數量級，你可以用 RMS “均方根” 測量表面光潔度。這太粗糙了，尤其是對于光學而言。它非常適合粘附，但需要非常平坦的表面。這基本上相當于非常先進節點的線邊緣粗糙度，對吧？Otte: 是的，這是一個很好的類比。圍繞 MEMS 也付出了很多努力。雖然 MEMS 傳統上是在芯片層面中完成的，但我們開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來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。您可能有一個玻璃部件、一個塑料部件和一個金屬部件。我如何加入他們？遇到的第一個問題是在表面上獲得足夠的附著力。一旦解決了這個問題，我如何在熱循環時將它保持在一起？如果陶瓷的膨脹系數為 3 ppm，而我使用的這種聚合物是因為我喜歡它的光學特性，它的膨脹系數為 50 ppm，當我將它循環到 150°C 以滿足 MIL-STD-883 時會發生什么？答案是它會分開。你還看到了哪些其他挑戰？Otte：一旦你組裝好設備，你如何讓它滿足環境要求。人們傾向于回到舊的貝爾標準 MIL-STD-883。手機專家很久以前就放棄了。他們有自己的相關標準。商業設備設計人員必須應對的關鍵問題之一是這些要求是否適合他們的環境？比如在佛羅里達州，濕度很高，在沙特阿拉伯，有風、沙塵和高溫，這些設備也需要在北極工作。所以環境溫度很關鍵？Otte：是的，但濕度和吸水率也是如此，材料數據表中通常沒有很好地說明這些問題。對介電常數有什么影響？物理尺寸是多少，加熱時是否有爆炸的趨勢？畢竟，當您將產品投入現實世界時，您仍然會遇到意想不到的后果。當你將不同的組件封裝在一起時，會有很多變數。你如何解決這個問題？Otte：你必須從基礎開始。這些零件有什么特點？我想在連接方面完成什么？幾乎總有一個可行的解決方案，但總需要為此付出代價。例如，引線鍵合仍然是使用最廣泛的互連方法之一，因為它用途廣泛，可以將一根小電線從一個地方連接到另一個地方，并且可以正常工作。缺點就是會產生寄生效應，設備很脆弱，你必須把它全部裝進一個有限的空間。是否有足夠的培訓和人才來處理這個問題？Otte：不，我們看到的問題之一是當今從大學走出來的人在處理軟件和應用程序方面非常有才華，但是他們沒有的是我們這一代人用雙手建造東西的經驗。我將我的大部分工程技能歸因于我在學校和高中時制作模型飛機的愛好。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，我必須在本周早些時候齊心協力并建造它。所以你學會了如何管理項目并將所有這些東西粘合在一起。如今，這些手工制作的愛好已經不多了，其局限性之一是年輕的工程人員無法直觀地理解物理世界。他們更依賴于計算機、分析和設計。因為他們在更高的抽象層次上工作？Otte：是的，這是因為在過去，您所要做的就是使光刻越來越精細。我們真的把它推到了極限。我們在 Promex 看到的一件事是，因為我們正在進行異構集成和組裝——我們不制造晶圓——是在醫學和生物技術等領域的大量創新。人們正在制造設備并開發利用電子設備來收集和處理信息并報告結果的解決方案。他們的設備必須與現實世界中的人互動，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 測序之類的事情，你需要在其中應用化學。對于一些公司來說，這并沒有那么好。Otte：你需要關注正在發生的事情的物理細節。這不僅僅是關于財務和軟件。你需要問的真正問題是，“這東西有用嗎？”這不是小芯片的一大挑戰嗎？它不再只是軟 IP。您需要在芯片中證明這一點。Otte：沒錯，這需要很多技巧和能力。您需要一臺掃描電子顯微鏡、微探測以及許多重要的分析技術。還有 AFM 和多光束檢測？Otte：是的，這就是我們在計量學方面進行大量投資的原因。我們有全自動光學比較器，它們都是電子的，可以進行微米級別的測量。我們有兩臺 Keyence 設備。我們使用一個來測量平面度，因為當您使用 256 引腳 BGA 并希望將它們放在基板上時，它們的平面度最好達到萬分之一，否則它們將不會連接在一起。該工具將測量到該準確度水平，并告訴您事情是否可行。你如何處理晶圓制造中的翹曲問題？Otte：人們不想談論硅的一件事是現在我們通常將晶圓減薄到 100 微米。這很常見。你可以減薄到 10 微米，因為它們位于頂面。但是我們沒有辦法處理晶圓，一旦你的尺寸遠低于 50 微米，我們就無法處理晶圓和芯片。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。但是當你變得那么小時，它真的變得很艱難。這應該會在接下來的幾十年里帶來一些非常有趣的工程挑戰，而且它的發展前景看不到盡頭。我們將如何確保這些設備在其預期使用壽命內正常工作？Otte：你必須與用戶保持聯系。他們告訴你發生了什么?？梢宰龀龈鞣N預測，但重要的是您隨著時間和與客戶合作的經驗所學到的東西。如果你想告訴你的客戶一個設備可以使用 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尺寸以及這些類型的封裝，為了20 年——并且它們有效。當您開始驅動小芯片之類的東西時，小芯片的意外后果是什么？我可以告訴你各種會導致設備出現故障的事情。訣竅是找到長期有效的組合。這里最大的挑戰之一是你需要整個供應鏈都參與其中，而不僅僅是個別部分，對吧？Otte：是的，我們一直在討論對最終產品的影響。關于設備和流程正在發生的事情，還有另外一個故事。我們需要什么樣的工具和設備，而我們今天沒有。有一個全新的新興世界。這些東西從哪里來，誰來設計它？每個人都想設計出高端的下一部手機，但誰愿意設計將所有這些東西組合在一起的機器呢？我們需要設備來做基本的事情，比如在基板上放一層薄薄的銀以獲得沒有密度或針孔的均勻性。當您嘗試放下合金時會發生什么？這真的很復雜，你需要對物理學有很好的理解。
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