অর্ধপরিবাহী ডাই বন্ধন প্রক্রিয়া এবং সরঞ্জাম গবেষণা

অর্ধপরিবাহী ডাই উপর অধ্যয়নবন্ধন প্রক্রিয়াআঠালো বন্ধন প্রক্রিয়া, ইউটেটিক বন্ধন প্রক্রিয়া, নরম সোল্ডার বন্ধন প্রক্রিয়া, সিলভার সিন্টারিং বন্ধন প্রক্রিয়া, হট প্রেসিং বন্ধন প্রক্রিয়া, ফ্লিপ চিপ বন্ধন প্রক্রিয়া সহ। সেমিকন্ডাক্টর ডাই বন্ডিং সরঞ্জামগুলির প্রকার এবং গুরুত্বপূর্ণ প্রযুক্তিগত সূচকগুলি প্রবর্তন করা হয়, বিকাশের অবস্থা বিশ্লেষণ করা হয় এবং বিকাশের প্রবণতা প্রত্যাশিত হয়।

 

1 অর্ধপরিবাহী শিল্প এবং প্যাকেজিং ওভারভিউ

সেমিকন্ডাক্টর শিল্পে বিশেষভাবে আপস্ট্রিম সেমিকন্ডাক্টর উপকরণ এবং সরঞ্জাম, মধ্যধারার সেমিকন্ডাক্টর উত্পাদন এবং ডাউনস্ট্রিম অ্যাপ্লিকেশন অন্তর্ভুক্ত রয়েছে। আমার দেশের সেমিকন্ডাক্টর শিল্প দেরিতে শুরু হয়েছিল, কিন্তু প্রায় দশ বছরের দ্রুত বিকাশের পরে, আমার দেশ বিশ্বের বৃহত্তম সেমিকন্ডাক্টর পণ্য ভোক্তা বাজার এবং বিশ্বের বৃহত্তম সেমিকন্ডাক্টর সরঞ্জাম বাজারে পরিণত হয়েছে। সেমিকন্ডাক্টর শিল্প এক প্রজন্মের সরঞ্জাম, এক প্রজন্মের প্রক্রিয়া এবং এক প্রজন্মের পণ্যের মোডে দ্রুত বিকাশ করছে। সেমিকন্ডাক্টর প্রক্রিয়া এবং সরঞ্জামগুলির উপর গবেষণা হল শিল্পের ক্রমাগত অগ্রগতির মূল চালিকা শক্তি এবং সেমিকন্ডাক্টর পণ্যগুলির শিল্পায়ন এবং ব্যাপক উত্পাদনের গ্যারান্টি।

 

সেমিকন্ডাক্টর প্যাকেজিং প্রযুক্তির বিকাশের ইতিহাস হল চিপ কর্মক্ষমতা এবং সিস্টেমের ক্রমাগত ক্ষুদ্রকরণের ক্রমাগত উন্নতির ইতিহাস। প্যাকেজিং প্রযুক্তির অভ্যন্তরীণ চালিকাশক্তি হাই-এন্ড স্মার্টফোনের ক্ষেত্র থেকে উচ্চ-পারফরম্যান্স কম্পিউটিং এবং কৃত্রিম বুদ্ধিমত্তার মতো ক্ষেত্রগুলিতে বিবর্তিত হয়েছে। সেমিকন্ডাক্টর প্যাকেজিং প্রযুক্তির উন্নয়নের চারটি ধাপ সারণি 1 এ দেখানো হয়েছে।

সেমিকন্ডাক্টর লিথোগ্রাফি প্রক্রিয়া নোড 10 nm, 7 nm, 5 nm, 3 nm, এবং 2 nm এর দিকে অগ্রসর হওয়ার সাথে সাথে R&D এবং উৎপাদন খরচ বাড়তে থাকে, ফলনের হার হ্রাস পায় এবং মুরের আইন ধীর হয়ে যায়। শিল্প উন্নয়নের প্রবণতার দৃষ্টিকোণ থেকে, বর্তমানে ট্রানজিস্টরের ঘনত্বের শারীরিক সীমাবদ্ধতা এবং উত্পাদন ব্যয়ের বিশাল বৃদ্ধির কারণে, প্যাকেজিং ক্ষুদ্রকরণ, উচ্চ ঘনত্ব, উচ্চ কার্যকারিতা, উচ্চ গতি, উচ্চ ফ্রিকোয়েন্সি এবং উচ্চ একীকরণের দিকে বিকাশ করছে। সেমিকন্ডাক্টর শিল্প মুর-পরবর্তী যুগে প্রবেশ করেছে, এবং উন্নত প্রক্রিয়াগুলি আর কেবল ওয়েফার উত্পাদন প্রযুক্তি নোডগুলির অগ্রগতির উপর দৃষ্টি নিবদ্ধ করে না, তবে ধীরে ধীরে উন্নত প্যাকেজিং প্রযুক্তির দিকে মোড় নেয়। উন্নত প্যাকেজিং প্রযুক্তি শুধুমাত্র ফাংশন উন্নত করতে পারে না এবং পণ্যের মূল্য বৃদ্ধি করতে পারে না, কিন্তু কার্যকরভাবে উত্পাদন খরচ কমাতে পারে, মুরের আইন চালিয়ে যাওয়ার একটি গুরুত্বপূর্ণ পথ হয়ে উঠছে। একদিকে, কোর পার্টিকেল টেকনোলজি জটিল সিস্টেমগুলিকে বিভিন্ন প্যাকেজিং প্রযুক্তিতে বিভক্ত করতে ব্যবহৃত হয় যা ভিন্নধর্মী এবং ভিন্নধর্মী প্যাকেজিংয়ে প্যাকেজ করা যেতে পারে। অন্যদিকে, সমন্বিত সিস্টেম প্রযুক্তি বিভিন্ন উপকরণ এবং কাঠামোর ডিভাইসগুলিকে একীভূত করতে ব্যবহৃত হয়, যার অনন্য কার্যকরী সুবিধা রয়েছে। মাইক্রোইলেক্ট্রনিক্স প্রযুক্তি ব্যবহার করে বিভিন্ন উপাদানের একাধিক ফাংশন এবং ডিভাইসের একীকরণ উপলব্ধি করা হয়, এবং সমন্বিত সার্কিট থেকে সমন্বিত সিস্টেমে উন্নয়ন উপলব্ধি করা হয়।

 

সেমিকন্ডাক্টর প্যাকেজিং হল চিপ উৎপাদনের সূচনা বিন্দু এবং চিপের অভ্যন্তরীণ জগত এবং বাহ্যিক সিস্টেমের মধ্যে একটি সেতু। বর্তমানে, ঐতিহ্যগত সেমিকন্ডাক্টর প্যাকেজিং এবং টেস্টিং কোম্পানি ছাড়াও, সেমিকন্ডাক্টরওয়েফারফাউন্ড্রি, সেমিকন্ডাক্টর ডিজাইন কোম্পানি এবং ইন্টিগ্রেটেড কম্পোনেন্ট কোম্পানিগুলি সক্রিয়ভাবে উন্নত প্যাকেজিং বা সম্পর্কিত কী প্যাকেজিং প্রযুক্তি বিকাশ করছে।

 

ঐতিহ্যগত প্যাকেজিং প্রযুক্তি প্রধান প্রক্রিয়া হয়ওয়েফারপাতলা করা, কাটা, ডাই বন্ডিং, তারের বন্ধন, প্লাস্টিক সিলিং, ইলেক্ট্রোপ্লেটিং, পাঁজর কাটা এবং ছাঁচনির্মাণ ইত্যাদি। এর মধ্যে ডাই বন্ডিং প্রক্রিয়াটি সবচেয়ে জটিল এবং জটিল প্যাকেজিং প্রক্রিয়াগুলির মধ্যে একটি, এবং ডাই বন্ডিং প্রক্রিয়ার সরঞ্জামগুলিও অন্যতম। সেমিকন্ডাক্টর প্যাকেজিংয়ের সবচেয়ে গুরুত্বপূর্ণ মূল সরঞ্জাম, এবং সর্বোচ্চ বাজার মূল্য সহ প্যাকেজিং সরঞ্জামগুলির মধ্যে একটি। যদিও উন্নত প্যাকেজিং প্রযুক্তি লিথোগ্রাফি, এচিং, মেটালাইজেশন এবং প্ল্যানারাইজেশনের মতো ফ্রন্ট-এন্ড প্রক্রিয়া ব্যবহার করে, তবুও সবচেয়ে গুরুত্বপূর্ণ প্যাকেজিং প্রক্রিয়াটি ডাই বন্ডিং প্রক্রিয়া।

 

2 সেমিকন্ডাক্টর ডাই বন্ধন প্রক্রিয়া

2.1 ওভারভিউ

ডাই বন্ডিং প্রক্রিয়াটিকে চিপ লোডিং, কোর লোডিং, ডাই বন্ডিং, চিপ বন্ডিং প্রসেস ইত্যাদিও বলা হয়। ডাই বন্ডিং প্রক্রিয়াটি চিত্র 1-এ দেখানো হয়েছে। সাধারণভাবে বলতে গেলে ডাই বন্ডিং হল ওয়েফার থেকে চিপ ওয়েল্ডিং হেড ব্যবহার করে তোলা। ভ্যাকুয়াম ব্যবহার করে স্তন্যপান অগ্রভাগ, এবং এটি লিড ফ্রেম বা প্যাকেজিং সাবস্ট্রেটের নির্ধারিত প্যাড এলাকায় রাখুন ভিজ্যুয়াল গাইডেন্সের অধীনে, যাতে চিপ এবং প্যাড বন্ধন এবং স্থির থাকে। ডাই বন্ডিং প্রক্রিয়ার গুণমান এবং দক্ষতা পরবর্তী তারের বন্ধনের গুণমান এবং দক্ষতাকে সরাসরি প্রভাবিত করবে, তাই ডাই বন্ডিং সেমিকন্ডাক্টর ব্যাক-এন্ড প্রক্রিয়ার অন্যতম প্রধান প্রযুক্তি।

 

বিভিন্ন সেমিকন্ডাক্টর পণ্য প্যাকেজিং প্রক্রিয়ার জন্য, বর্তমানে ছয়টি প্রধান ডাই বন্ডিং প্রক্রিয়া প্রযুক্তি রয়েছে, যথা আঠালো বন্ধন, ইউটেটিক বন্ধন, সফট সোল্ডার বন্ধন, সিলভার সিন্টারিং বন্ধন, হট প্রেসিং বন্ধন এবং ফ্লিপ-চিপ বন্ধন। ভাল চিপ বন্ধন অর্জনের জন্য, ডাই বন্ডিং প্রক্রিয়ার মূল প্রক্রিয়া উপাদানগুলিকে একে অপরের সাথে সহযোগিতা করা প্রয়োজন, প্রধানত ডাই বন্ডিং উপকরণ, তাপমাত্রা, সময়, চাপ এবং অন্যান্য উপাদানগুলি সহ।

 

2. 2 আঠালো বন্ধন প্রক্রিয়া

আঠালো বন্ধনের সময়, চিপ স্থাপন করার আগে একটি নির্দিষ্ট পরিমাণ আঠালো সীসা ফ্রেম বা প্যাকেজ সাবস্ট্রেটে প্রয়োগ করতে হবে, এবং তারপর ডাই বন্ডিং হেড চিপটি তুলে নেয় এবং মেশিনের দৃষ্টি নির্দেশনার মাধ্যমে, চিপটি সঠিকভাবে বন্ধনের উপর স্থাপন করা হয়। আঠালো দিয়ে লেপা সীসা ফ্রেম বা প্যাকেজ সাবস্ট্রেটের অবস্থান, এবং একটি নির্দিষ্ট ডাই বন্ডিং ফোর্স ডাই এর মাধ্যমে চিপে প্রয়োগ করা হয় বন্ডিং মেশিন হেড, চিপ এবং সীসা ফ্রেম বা প্যাকেজ সাবস্ট্রেটের মধ্যে একটি আঠালো স্তর তৈরি করে, যাতে চিপটি বন্ধন, ইনস্টল এবং ফিক্স করার উদ্দেশ্য অর্জন করা যায়। এই ডাই বন্ডিং প্রক্রিয়াটিকে আঠালো বন্ধন প্রক্রিয়াও বলা হয় কারণ ডাই বন্ডিং মেশিনের সামনে আঠালো প্রয়োগ করা প্রয়োজন।

 

সাধারণত ব্যবহৃত আঠালো অর্ধপরিবাহী উপকরণ যেমন epoxy রজন এবং পরিবাহী রূপালী পেস্ট অন্তর্ভুক্ত। আঠালো বন্ধন হল সবচেয়ে বহুল ব্যবহৃত সেমিকন্ডাক্টর চিপ ডাই বন্ডিং প্রক্রিয়া কারণ প্রক্রিয়াটি তুলনামূলকভাবে সহজ, খরচ কম এবং বিভিন্ন ধরনের উপকরণ ব্যবহার করা যেতে পারে।

 

2.3 ইউটেকটিক বন্ধন প্রক্রিয়া

ইউটেটিক বন্ধনের সময়, ইউটেটিক বন্ধন উপাদান সাধারণত চিপ বা সীসা ফ্রেমের নীচে প্রাক-প্রয়োগ করা হয়। ইউটেক্টিক বন্ডিং ইকুইপমেন্ট চিপটি তুলে নেয় এবং লিড ফ্রেমের সংশ্লিষ্ট বন্ডিং পজিশনে চিপটিকে সঠিকভাবে স্থাপন করতে মেশিন ভিশন সিস্টেম দ্বারা পরিচালিত হয়। চিপ এবং সীসা ফ্রেম গরম এবং চাপের সম্মিলিত ক্রিয়ায় চিপ এবং প্যাকেজ সাবস্ট্রেটের মধ্যে একটি ইউটেটিক বন্ধন ইন্টারফেস তৈরি করে। ইউটেটিক বন্ধন প্রক্রিয়াটি প্রায়ই সীসা ফ্রেম এবং সিরামিক সাবস্ট্রেট প্যাকেজিংয়ে ব্যবহৃত হয়।

 

ইউটেকটিক বন্ধন উপকরণ সাধারণত একটি নির্দিষ্ট তাপমাত্রায় দুটি উপাদান দ্বারা মিশ্রিত হয়। সাধারণভাবে ব্যবহৃত উপকরণগুলির মধ্যে রয়েছে সোনা এবং টিন, সোনা এবং সিলিকন ইত্যাদি। ইউটেটিক বন্ধন প্রক্রিয়া ব্যবহার করার সময়, ট্র্যাক ট্রান্সমিশন মডিউল যেখানে সীসা ফ্রেমটি অবস্থিত তা ফ্রেমটিকে পূর্ব-উষ্ণ করবে। ইউটেটিক বন্ধন প্রক্রিয়ার উপলব্ধির মূল চাবিকাঠি হল যে ইউটেটিক বন্ধন উপাদান দুটি উপাদানের গলনাঙ্কের অনেক নীচে একটি তাপমাত্রায় গলে একটি বন্ধন তৈরি করতে পারে। ইউটেটিক বন্ধন প্রক্রিয়া চলাকালীন ফ্রেমটিকে অক্সিডাইজ করা থেকে রোধ করার জন্য, ইউটেটিক বন্ধন প্রক্রিয়াটি প্রায়শই সুরক্ষামূলক গ্যাস যেমন হাইড্রোজেন এবং নাইট্রোজেন মিশ্রিত গ্যাস ব্যবহার করে সীসা ফ্রেমকে রক্ষা করার জন্য ট্র্যাকে ইনপুট করার জন্য।

 

2. 4 নরম ঝাল বন্ধন প্রক্রিয়া

যখন নরম সোল্ডার বন্ধন, চিপ স্থাপন করার আগে, সীসা ফ্রেমের উপর বন্ধনের অবস্থানটি টিন করা হয় এবং চাপানো হয়, বা ডবল টিন করা হয় এবং সীসা ফ্রেমটিকে ট্র্যাকের মধ্যে গরম করা প্রয়োজন। নরম সোল্ডার বন্ধন প্রক্রিয়ার সুবিধা হল ভাল তাপ পরিবাহিতা, এবং অসুবিধা হল এটি অক্সিডাইজ করা সহজ এবং প্রক্রিয়াটি তুলনামূলকভাবে জটিল। এটি পাওয়ার ডিভাইসের লিড ফ্রেম প্যাকেজিংয়ের জন্য উপযুক্ত, যেমন ট্রানজিস্টর আউটলাইন প্যাকেজিং।

 

2. 5 সিলভার sintering বন্ধন প্রক্রিয়া

বর্তমান তৃতীয় প্রজন্মের পাওয়ার সেমিকন্ডাক্টর চিপের জন্য সবচেয়ে প্রতিশ্রুতিবদ্ধ বন্ধন প্রক্রিয়া হল ধাতব কণা সিন্টারিং প্রযুক্তির ব্যবহার, যা পরিবাহী আঠালো সংযোগের জন্য দায়ী ইপোক্সি রজনের মতো পলিমারগুলিকে মিশ্রিত করে। এটির চমৎকার বৈদ্যুতিক পরিবাহিতা, তাপ পরিবাহিতা এবং উচ্চ-তাপমাত্রার পরিষেবা বৈশিষ্ট্য রয়েছে। সাম্প্রতিক বছরগুলিতে তৃতীয় প্রজন্মের সেমিকন্ডাক্টর প্যাকেজিংয়ে আরও অগ্রগতির জন্য এটি একটি মূল প্রযুক্তি।

 

2.6 থার্মোকম্প্রেশন বন্ধন প্রক্রিয়া

চিপ ইন্টারকানেক্ট ইনপুট/আউটপুট পিচ, বাম্প সাইজ এবং পিচ ক্রমাগত হ্রাসের কারণে উচ্চ-পারফরম্যান্সের ত্রি-মাত্রিক ইন্টিগ্রেটেড সার্কিটগুলির প্যাকেজিং অ্যাপ্লিকেশনে, সেমিকন্ডাক্টর কোম্পানি ইন্টেল উন্নত ছোট পিচ বন্ধন অ্যাপ্লিকেশনগুলির জন্য একটি থার্মোকম্প্রেশন বন্ডিং প্রক্রিয়া চালু করেছে, বন্ডিং ছোট 40 থেকে 50 μm বা এমনকি একটি পিচ সঙ্গে আচমকা চিপ 10 μm। থার্মোকম্প্রেশন বন্ধন প্রক্রিয়া চিপ-টু-ওয়েফার এবং চিপ-টু-সাবস্ট্রেট অ্যাপ্লিকেশনের জন্য উপযুক্ত। একটি দ্রুত মাল্টি-স্টেপ প্রক্রিয়া হিসাবে, থার্মোকম্প্রেশন বন্ধন প্রক্রিয়া প্রক্রিয়া নিয়ন্ত্রণের সমস্যাগুলির মধ্যে চ্যালেঞ্জের সম্মুখীন হয়, যেমন অসম তাপমাত্রা এবং ছোট আয়তনের সোল্ডারের অনিয়ন্ত্রিত গলে যাওয়া। থার্মোকম্প্রেশন বন্ধনের সময়, তাপমাত্রা, চাপ, অবস্থান, ইত্যাদি সুনির্দিষ্ট নিয়ন্ত্রণ প্রয়োজনীয়তা পূরণ করতে হবে।

 

2.7 ফ্লিপ চিপ বন্ধন প্রক্রিয়া

ফ্লিপ চিপ বন্ধন প্রক্রিয়ার নীতিটি চিত্র 2-এ দেখানো হয়েছে। ফ্লিপ মেকানিজম ওয়েফার থেকে চিপটি তুলে নেয় এবং চিপ স্থানান্তর করতে এটি 180° উল্টে দেয়। সোল্ডারিং হেড নজেল ফ্লিপ মেকানিজম থেকে চিপটিকে তুলে নেয় এবং চিপের বাম্প দিকটি নিচের দিকে থাকে। ওয়েল্ডিং হেডের অগ্রভাগ প্যাকেজিং সাবস্ট্রেটের শীর্ষে চলে যাওয়ার পরে, এটি বন্ডে নিচের দিকে চলে যায় এবং প্যাকেজিং সাবস্ট্রেটের চিপটি ঠিক করে।

 

ফ্লিপ চিপ প্যাকেজিং একটি উন্নত চিপ আন্তঃসংযোগ প্রযুক্তি এবং উন্নত প্যাকেজিং প্রযুক্তির প্রধান উন্নয়ন দিক হয়ে উঠেছে। এটিতে উচ্চ ঘনত্ব, উচ্চ কার্যক্ষমতা, পাতলা এবং সংক্ষিপ্ত বৈশিষ্ট্য রয়েছে এবং এটি স্মার্টফোন এবং ট্যাবলেটের মতো ভোক্তা ইলেকট্রনিক পণ্যগুলির বিকাশের প্রয়োজনীয়তা পূরণ করতে পারে। ফ্লিপ চিপ বন্ধন প্রক্রিয়া প্যাকেজিং খরচ কম করে এবং স্ট্যাকড চিপ এবং ত্রিমাত্রিক প্যাকেজিং উপলব্ধি করতে পারে। এটি প্যাকেজিং প্রযুক্তি ক্ষেত্রে ব্যাপকভাবে ব্যবহৃত হয় যেমন 2.5D/3D ইন্টিগ্রেটেড প্যাকেজিং, ওয়েফার-লেভেল প্যাকেজিং এবং সিস্টেম-লেভেল প্যাকেজিং। ফ্লিপ চিপ বন্ধন প্রক্রিয়াটি উন্নত প্যাকেজিং প্রযুক্তিতে সর্বাধিক ব্যবহৃত এবং সর্বাধিক ব্যবহৃত কঠিন ডাই বন্ধন প্রক্রিয়া।