So sánh phương pháp gắn chip và phương pháp hàn dây: Sự khác biệt là gì?
Gắn chip và hàn dây dẫn thực hiện hai chức năng khác nhau nhưng có liên quan chặt chẽ trong quy trình đóng gói bán dẫn thông thường. Quá trình gắn chip (die attach) cố định chip bán dẫn vào khung dẫn, đế, đế gói hoặc bộ tản nhiệt. Sau đó, quá trình nối dây (wire bonding) tạo ra các kết nối điện giữa các điểm tiếp xúc của chip và các chân của gói hoặc các đường dẫn trên đế. Nói một cách đơn giản, quá trình gắn chip cung cấp nền tảng vật lý, trong khi quá trình nối dây cung cấp đường dẫn điện.
Hiểu rõ sự khác biệt là điều quan trọng khi đánh giá quy trình đóng gói, chẩn đoán lỗi lắp ráp hoặc lựa chọn thiết bị hàn chip và hàn dây. Bài viết này so sánh chức năng, vật liệu, trình tự quy trình, chỉ số chất lượng và yêu cầu thiết bị của chúng.
1. Gắn khuôn là gì?
Gắn chip, còn được gọi là ghép chip hoặc gắn chip, là quá trình đặt và liên kết chính xác một chip bán dẫn đã được tách rời lên một chất mang. Tùy thuộc vào thiết kế bao bì, chất mang có thể là khung dẫn, chất nền gốm hoặc hữu cơ, đế bao bì hoặc tản nhiệt.
Trong kiểu đóng gói có dây dẫn hướng lên thông thường, việc gắn chip thường được hoàn thành trước khi nối dây. Vật liệu và quy trình gắn chip được lựa chọn phải giữ chip ở đúng vị trí đồng thời đáp ứng các yêu cầu về nhiệt, điện và độ tin cậy của thiết bị.
Chức năng chính của bộ phận gắn khuôn
- Hỗ trợ cơ khí. Lớp liên kết ngăn không cho chip bị xê dịch, nghiêng, nhấc lên hoặc tách rời trong các thao tác sau này như xử lý nhiệt, hàn dây, đúc khuôn và kiểm tra.
- Quản lý nhiệt. Lớp liên kết có thể tạo ra đường dẫn truyền nhiệt từ chip đến cấu trúc bao bì, điều này đặc biệt quan trọng đối với các thiết bị điện và các linh kiện sinh nhiệt khác.
- Kết nối điện khi cần thiết. Keo epoxy dẫn điện, chất hàn, hợp kim eutectic và vật liệu thiêu kết có thể cung cấp khả năng nối đất hoặc dẫn điện qua mặt sau của chip, tùy thuộc vào thiết kế của thiết bị.
Các phương pháp gắn khuôn phổ biến
- Keo epoxy hoặc keo epoxy có chứa bạc
- Liên kết eutectic, bao gồm các quy trình AuSn.
- Liên kết khuôn bằng chất hàn mềm
- Thiêu kết có hỗ trợ áp suất hoặc không hỗ trợ áp suất cho một số ứng dụng thiết bị điện tử nhất định.
Thiết bị gắn khuôn điển hình
Thiết bị gắn khuôn Có thể bao gồm máy hàn chip tự động, máy hàn chip eutectic, hệ thống phân phối chất kết dính, hệ thống gắn chip bằng phương pháp hàn và hệ thống thiêu kết. Các yếu tố lựa chọn quan trọng bao gồm độ chính xác vị trí, kích thước và độ dày chip, vật liệu hàn, kiểm soát nhiệt độ và lực, xử lý chất nền, căn chỉnh bằng hệ thống thị giác và năng lực sản xuất cần thiết.
2. Nối dây là gì?
Hàn dây là một quy trình kết nối sử dụng dây kim loại mảnh hoặc dải kim loại để nối các điểm tiếp xúc trên chip bán dẫn với các chân dẫn hoặc đường dẫn điện trên chất nền của gói mạch. Các kết nối này truyền tải nguồn điện và tín hiệu điện giữa chip bán dẫn và mạch ngoài.
Trong nhiều quy trình đóng gói thông thường, việc nối dây được thực hiện sau khi gắn chip, sau khi chip đã được cố định và mọi bước cần thiết như xử lý nhiệt, nung chảy, làm sạch hoặc chuẩn bị bề mặt đã hoàn tất.
Các chức năng chính của hàn dây
- Kết nối điện. Các mối nối dây tạo ra các đường dẫn điện cho việc truyền tải điện năng, nối đất và tín hiệu.
- Sự hình thành vòng lặp được kiểm soát. Vòng dây phải duy trì chiều cao, chiều dài, khoảng cách và hình dạng yêu cầu mà không được tiếp xúc với các dây dẫn lân cận, bề mặt bao bì hoặc các đặc điểm bao bọc.
- Liên kết luyện kim đáng tin cậy. Mối hàn thứ nhất và thứ hai phải đạt được độ bền và tính nhất quán cần thiết, đồng thời tránh làm hỏng miếng đệm, tạo vết lõm, biến dạng quá mức hoặc đứt dây.
Các loại vật liệu dây dẫn và phương pháp nối phổ biến
- Dây vàng và dây đồng được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng hàn bi.
- Dây và dải nhôm thường được sử dụng trong kỹ thuật hàn nêm.
- Dây và dải nhôm hoặc đồng dày được sử dụng cho các mô-đun bán dẫn công suất và các thiết bị dòng điện cao.
Thiết bị hàn dây điển hình
Thiết bị hàn dây Bao gồm các máy hàn bi tự động, máy hàn nêm, máy hàn dây dẫn sâu và máy hàn dây dẫn dày hoặc dây ruy băng. Các yếu tố lựa chọn chính bao gồm vật liệu và đường kính dây dẫn, khoảng cách giữa các chân hàn, diện tích hàn, độ sâu gói, yêu cầu vòng lặp, điều khiển siêu âm và lực, khả năng thị giác, năng suất và các chức năng giám sát quy trình.
3. Công đoạn gắn chip và hàn dây dẫn nằm ở đâu trong quy trình đóng gói?
Quy trình đơn giản hóa cho một gói IC hàn dây thông thường như sau:
Mài mặt sau wafer → Cắt wafer → Gắn chip → Làm cứng/Nung chảy/Thiêu kết → Chuẩn bị bề mặt theo yêu cầu → Hàn dây → Đúc hoặc đóng gói → Cắt tỉa và tạo hình → Kiểm tra và phân loại cuối cùng
*Trình tự chính xác có thể khác nhau tùy thuộc vào kiến trúc bao bì, vật liệu và yêu cầu sản xuất. Các cấu trúc đóng gói tiên tiến như flip-chip, clip-attach, wafer-level, v.v. có thể sử dụng các quy trình kết nối khác nhau.
4. Những điểm khác biệt chính giữa phương pháp gắn chip và phương pháp hàn dây
| Mục so sánh | Gắn khuôn | Nối dây |
| Vị trí quy trình | Thông thường trước khi hàn dây trong một gói sản phẩm thông thường | Thông thường sau khi gắn chip và các bước trung gian cần thiết |
| Mục đích chính | Đảm bảo độ chắc chắn cho chip và đáp ứng các yêu cầu về nhiệt hoặc điện. | Kết nối các điểm tiếp xúc của chip với các chân dẫn của gói chip hoặc các đường dẫn trên chất nền. |
| Giao diện chính | Mặt sau hoặc bề mặt liên kết của chip với đế chip. | Các điểm tiếp xúc mặt trên với các điểm kết nối bên ngoài |
| Vật liệu thông thường | Keo epoxy, keo epoxy bạc, chất hàn, hợp kim eutectic, vật liệu thiêu kết | Dây vàng, đồng, nhôm hoặc ruy băng |
| Các chỉ số chất lượng chính | Độ chính xác vị trí, độ nghiêng của khuôn, độ dày đường liên kết, khoảng trống, độ bám dính hoặc độ bền cắt | Độ bền liên kết, biến dạng, hình dạng vòng lặp, tính liên tục, kết quả kéo hoặc cắt |
| Các khuyết điểm thường gặp | Lệch khuôn, nghiêng khuôn, độ bám dính không đủ, tràn khuôn, nhiễm bẩn, lỗ rỗng | Mối hàn không dính, mối hàn yếu, mối hàn bị bong tróc, dây bị đứt, đoản mạch, hở mạch, hình dạng vòng lặp kém |
| Thiết bị tiêu chuẩn | Máy hàn khuôn, máy hàn eutectic, máy phân phối, máy hàn hoặc hệ thống thiêu kết | Máy hàn bi, máy hàn nêm, máy hàn tiếp cận sâu, máy hàn dây dẫn dày |
5. Chất lượng gắn khuôn có thể ảnh hưởng đến quá trình hàn dây như thế nào?
Mặc dù hai quy trình này sử dụng các vật liệu và máy móc khác nhau, nhưng việc gắn chip kém có thể làm giảm độ ổn định của quá trình hàn dây. Các tương tác thường gặp bao gồm:
- Ca làm việc chết. Các điểm tiếp xúc có thể không còn khớp với tọa độ tiếp xúc đã được lập trình, làm tăng nguy cơ xảy ra hiện tượng tiếp xúc lệch vị trí hoặc lỗi căn chỉnh.
- Độ nghiêng của chip hoặc độ dày đường liên kết không đồng đều. Những thay đổi về chiều cao và độ phẳng của khuôn có thể ảnh hưởng đến độ nét, độ ổn định của lực liên kết, chiều cao vòng lặp và khoảng hở giữa dụng cụ và khuôn.
- Lực bám dính không đủ. Khuôn có thể di chuyển dưới tác động của lực liên kết hoặc năng lượng siêu âm, dẫn đến các mối liên kết không ổn định hoặc yếu.
- Keo bị tràn hoặc bề mặt bị nhiễm bẩn. Sự nhiễm bẩn gần khu vực tiếp xúc có thể ngăn cản quá trình liên kết luyện kim thích hợp và gây ra hiện tượng không dính hoặc bong tróc mối nối.
- Hiện tượng rỗng ruột hoặc biến dạng quá mức. Những điều kiện này có thể làm suy yếu độ ổn định nhiệt hoặc cơ học và gián tiếp thu hẹp phạm vi hoạt động của quy trình hàn dây.
Vì lý do này, vị trí chip, độ phẳng, độ bám dính, độ sạch và điều kiện đóng rắn cần được kiểm tra trước khi bắt đầu hàn dây. Việc kiểm soát ổn định ở giai đoạn đầu giúp giảm lượng bù trừ cần thiết ở giai đoạn hàn dây.
6. Kết luận
Sự khác biệt chính giữa gắn chip và hàn dây rất đơn giản: gắn chip cố định chip bán dẫn, trong khi hàn dây kết nối chip đó về mặt điện với vỏ bọc. Tuy nhiên, việc đóng gói đáng tin cậy phụ thuộc vào nhiều yếu tố hơn là chỉ hoàn thành hai bước theo đúng trình tự. Độ chính xác khi đặt chip, khả năng tương thích vật liệu, độ sạch bề mặt, độ bền liên kết, kiểm soát vòng lặp, đặc tính nhiệt và độ ổn định của thiết bị đều ảnh hưởng đến năng suất cuối cùng và độ tin cậy của thiết bị.
HYRNUS Cung cấp thiết bị hàn chip và thiết bị hàn dây cho việc đóng gói chất bán dẫn, thiết bị quang điện tử, thiết bị điện, MEMS, mạch lai và các ứng dụng lắp ráp liên quan. Đối với một quy trình đóng gói hoặc sản xuất mới, Liên hệ với đội ngũ kỹ thuật của chúng tôi Với các yêu cầu về khuôn đúc, chất nền, vật liệu, độ chính xác và công suất, chúng tôi sẽ đánh giá cấu hình thiết bị phù hợp.
Câu hỏi thường gặp
Gắn chip có giống với liên kết chip không?
Trong hầu hết các lĩnh vực lắp ráp bán dẫn, các thuật ngữ này được sử dụng thay thế cho nhau. "Gắn chip" (die attach) nhấn mạnh quy trình, trong khi "máy hàn chip" (die bonder) thường đề cập đến thiết bị được sử dụng để đặt và hàn các chip.
Việc nối dây có luôn được thực hiện ngay sau khi gắn chip không?
Không nhất thiết. Có thể cần thêm các bước như xử lý nhiệt, nung chảy, thiêu kết, làm sạch bằng plasma hoặc kiểm tra giữa các bước đó. Tuy nhiên, chip phải được gắn chắc chắn trước khi có thể thực hiện hàn dây kiểu thông thường.
Phương pháp hàn dây có thể thay thế phương pháp gắn chip không?
Không. Chúng đảm nhiệm các chức năng khác nhau trong một gói kết nối dây dẫn thông thường. Các kiến trúc thay thế như chip lật hoặc kết nối kẹp đồng có thể thay thế các mối nối dây dẫn hoặc kết hợp việc gắn kết và kết nối điện theo cách khác nhau.
Cần những thông tin gì trước khi lựa chọn thiết bị?
Cung cấp kích thước chip và đế, cấu trúc bao bì, vật liệu liên kết, độ chính xác mục tiêu, thông số kỹ thuật dây dẫn hoặc dải dẫn, yêu cầu về nhiệt độ và lực xử lý, công suất dự kiến và mức độ tự động hóa.
