ダイボンディングは、単純なピックアンドプレース作業として説明されることが多い。つまり、ウェハからダイを取り外し、リードフレーム、基板、またはキャリアに取り付ける作業である。しかし、実際の製造においては、正確な位置決めは結果の一部分に過ぎない。
ダイボンディングプロセスでは、ダイのピックアップ方法、ボンディング材の塗布方法、ダイと基板の位置合わせ方法、力と高さの管理方法、硬化、はんだ付け、またはその他の後続のボンディング工程中のアセンブリの挙動も制御する必要があります。
そのため、配置仕様が類似している2台のダイボンディングマシンでも、同じパッケージに対して全く異なる結果が生じる可能性があります。これらのマシンのビジョンシステム、エジェクタ、ボンディングヘッド、ディスペンサー、ヒーター、ツーリング、および材料搬送構成は、必ずしも同等ではないからです。
ダイボンディングマシンが実際に制御するもの
ダイボンダーは、複数の個別の工程を1つの再現可能な組み立てシーケンスに統合します。正確なシーケンスは製品や接合材料によって異なりますが、ほとんどのダイボンディングプロセスは5つの機能段階から構成されています。
ダイの提示と識別
ダイスを傷つけたり汚染したりせずに取り出す
接着材料と基板の準備
制御された条件下で金型の位置合わせと配置を行う
結果を検査し、アセンブリを下流工程へ移送する
この機械は、信頼性の高い金型接合を単独で保証するものではありません。選択された材料とパッケージ設計に必要な条件を作り出し、制御するものです。
エポキシ樹脂によるダイアタッチの場合、接着剤が硬化するまで最終的な接合は完了しない場合があります。共晶接合やはんだ接合の場合も、結果は温度、雰囲気、表面状態、濡れ性によって左右されます。銀焼結の場合、ダイボンダーは材料の塗布、配置、仮止めを行い、最終的な緻密化は別の工程で行われます。
ウェハから基板へのダイボンディングプロセス
1. ダイの配置とウェハーマッピング
このプロセスは、既知の金型供給元から始まります。金型は、ダイスカットされたウェハーフレーム、ワッフルパック、ゲルパック、トレイ、フィーダー、またはその他のキャリアに収められた状態で供給されます。
ウェハから直接ダイを取り出す場合、機械は以下の調整が必要になる場合があります。
ウェーハの識別と向き
ウェハマップまたは良品ダイの情報
ダイの位置と通りの認識
フレームの動きと膨張状態
エジェクターの位置とピックアップタイミング
不良マークまたは不良金型の処理
適切なウェーハ径に対応している機械であっても、フレームの種類、エジェクタの配置、ウェーハマップのフォーマット、またはダイピック方法が製品と一致しない場合、不適切となる可能性がある。
2. 金型排出とピックアップ
ダイは、テープから分離し、ひび割れ、欠け、回転、または汚染を起こすことなく、ボンドヘッドに移送されなければならない。
この段階は、プロセスで以下が使用される場合にさらに難しくなります。
非常に小さな金型
薄いまたは歪んだ金型
脆性化合物半導体材料
表面積の大きい大型ダイ
上面構造が繊細な金型
裏面コーティングまたは金属化処理が傷つきやすい
エジェクタニードル、サポート形状、テープの状態、ピックアップツール、真空レベル、および動作プロファイルは相互に作用します。故障メカニズムを理解せずにエジェクタの移動量や真空度を上げると、ピックアップ不完全という問題が、金型の割れや表面損傷へと悪化する可能性があります。
3. 接着材料の準備
機械は、金型接着材を配置する前に、吐出、刻印、浸漬、またはその他の方法で材料を提供する必要がある場合があります。
| 資材ルート | 典型的な機械機能 | 主なプロセス上の懸念事項 |
|---|---|---|
| 導電性または非導電性エポキシ | 塗布、噴射、刻印、または浸漬 | 塗布量、パターン、にじみ、オープンタイム、硬化挙動 |
| 共晶合金またはプリフォーム | プリフォームの取り扱い、加熱、雰囲気制御、およびオプションの洗浄 | 濡れ性、酸化、温度均一性、金型の動き |
| 軟質はんだ | はんだ付け準備、加熱処理ゾーン、制御搬送 | 接着層の厚さ、濡れ性、空隙率、および製造再現性 |
| 銀焼結材料 | ペーストの塗布、フィルムの取り扱い、配置、および仮止め | 材料の均一性、接合線制御、最終焼結への移行 |
| UV硬化型接着剤 | 塗布、位置合わせ、配置、および紫外線照射 | 作業時間、影領域、硬化線量、および成分の安定性 |
材料名だけでは装置を定義するには不十分です。粘度、充填剤含有量、吐出量、ポットライフ、保管条件、および要求されるパターンによって、適切な吐出技術が変わります。
4. ビジョンの整合性
ビジョンシステムは、金型と位置決め面上の基準となる特徴点を識別します。その後、機械は位置決め前に必要なX、Y座標、および回転補正を計算します。
正確な位置合わせは、カメラの解像度だけでなく、システムは以下の要素も管理する必要があります。
反射性、透明性、または低コントラストの表面
金型の向きを変更する
基板の基準点とパッケージの参照点
ツールセンターとカメラのキャリブレーション
製品間の高さの違い
加熱接着時の熱膨張
材料によって引き起こされる接着後の動き
画像処理システムは、ダイを配置する前に正確な位置を特定できますが、圧縮、硬化、またははんだリフローの過程で最終的な位置がずれることがあります。したがって、接合前の位置合わせと接合後の最終的な精度は、関連性はあるものの異なる測定値として扱う必要があります。
5. 制御された配置と接着
配置作業中、ボンドヘッドはダイを基板に向かって移動させ、必要な位置、高さ、および力を設定します。
プロセスによっては、機械は以下を制御する場合があります。
アプローチ速度
接触検知
接着高さまたは最終Z位置
配置力
滞留時間
結合ヘッド温度とステージ温度
スクラブまたはプログラムされた金型移動
不活性雰囲気または還元雰囲気
放出前に冷却
これらの制御は独立したものではないと考えるべきである。力によって接着層の厚さが変化する可能性がある。温度によって材料の粘度や濡れ性が変化する可能性がある。スクラブによってボイドの発生や最終的な位置合わせに影響が出る可能性がある。工具の平行度によって、金型の一方の面が他方の面よりも先に接触する可能性がある。
6. 債券発行後の検査および譲渡
配置後、機械は金型の有無、位置、回転、表面状態、接着剤の広がりなどを検査する場合があります。より高度なシステムでは、高さ、平行度、接着後のオフセットなども測定できます。
検査は、制御が必要な欠陥に合致していなければなりません。上面カメラでは、金型の欠落や回転を検出できる場合がありますが、内部の空隙レベル、接着剤の完全な被覆、または最終的な接合部の信頼性を直接証明することはできません。
その後、組み立て工程は、硬化、リフロー、焼結、ワイヤボンディング、成形、またはその他のパッケージ固有の工程へと進む場合がある。
配置精度は、単一の普遍的な数値ではない。
位置決め精度は、ダイボンディングマシンの仕様の中でも最も目に見えるものの1つですが、同時に最も誤って比較されやすいものの1つでもあります。
公表されている精度値は、以下の要因によって左右される可能性があります。
統計的な定義、例えば1シグマや3シグマなど
金型の寸法と表面の特徴
テスト中に使用された機械速度
選択されたカメラと視野
ボンドヘッドとピックアップツール
基板サイズと作業領域
測定は接着前か接着後かに関わらず行われる。
プロセス温度と材料挙動
このため、数値的な仕様値が低いからといって、必ずしも生産性能が向上するとは限りません。仕様値は、実際のパッケージ許容誤差や製造工程条件と併せて検討する必要があります。
| 精度要件 | 一般的なプロセス優先順位 | 機器操作指示 |
|---|---|---|
| 標準パッケージ配置 | 安定した大量生産時の金型接合と予測可能な材料の流れ | 生産重視型の自動エポキシダイボンダー |
| 精密センサーまたは光電子部品の配置 | より正確な位置合わせ、制御された力、そして安定した接着後位置 | 高精度ダイボンディングプラットフォーム |
| 微細ピッチのフェイスダウン相互接続 | ダイ相互接続と基板パッドの位置合わせ | フリップチップまたは熱圧縮対応システム |
| 光学アセンブリまたはフォトニックアセンブリ | 電気配置と光学アライメントの関係 | 特殊な画像認識および計測機能を備えた超精密ダイボンダー |
の ASMPT AD280 プラス例えば、は精密機器の方向性を表し、 ASM AD830 Plus これは自動生産プラットフォームを表しています。その適合性は、単一の数値ではなく、用途とインストール構成に基づいて判断されるべきです。
接着層の厚さが機械と最終接合部を繋ぐ
接合層の厚さとは、金型の裏面と接合面との間の距離であり、金型を配置して材料を圧縮した後の寸法です。
影響を受ける可能性があります：
熱抵抗
電気的挙動
機械的応力
傾斜
接着剤のにじみ
空隙形成
パッケージの高さ
長期的な信頼性
ダイボンダーは、堆積量、ボンド高さ、力、ツールの平行度、および位置決めの再現性によって、ボンドラインの厚さに影響を与えます。最終的な値は、硬化、リフロー、または焼結の過程で変化する可能性もあります。
これは、接着線制御を単一の力設定に限定すべきではないことを意味する。このプロセスには、以下の要素間の安定した関係が必要である。
材料量
材料のレオロジー特性または融解挙動
ダイと基板の平面度
ツール並列処理
プログラムされた高さと力
熱プロファイルまたは硬化プロファイル
接合線が不均一な場合、機械の力を変更しても、不安定な堆積物、反った基材、または不適切な工具を修正することなく、症状を隠してしまう可能性があります。
接着力は金型と材料に適合していなければならない
接着力は、接触を確立し、材料を広げ、プリフォームを装着し、加圧プロセスを支えるのに役立ちます。しかし、力が強ければ強いほど良いというわけではありません。
過剰な力や制御の不十分な力は、以下のような事態を引き起こす可能性があります。
金型割り
基材の損傷
接着剤の過剰なはみ出し
制御不能な接着線縮小
ダイムーブメント
突起部や繊細な構造物の損傷
力が不十分だと、接触不良、仮止めの不安定、接着層の過剰な厚み、または材料の不十分な広がりが生じる可能性があります。
関連する仕様は、機械の最大力だけではありません。プロセスは、低力分解能、閉ループ制御、接触検出、力の安定性、および工具の適合性にも依存する場合があります。
気温と雰囲気によって配置の意味が変わる
室温エポキシ樹脂による接合では、材料が硬化し始めるまでダイは可動状態を維持できます。共晶接合およびはんだ付けプロセスでは、接合層が加熱または溶融している間にダイを配置できます。焼結では、配置および仮止め後に、別途高温高圧の工程を行う場合があります。
暖房の変化：
材料の粘度
濡れ挙動
酸化リスク
ダイと基板の寸法
ツール拡張
接着剤の作業時間
最終的な接着線の形成
したがって、適切なダイボンディング装置には、加熱ツール、加熱ステージ、局所加熱、雰囲気制御、温度監視、または制御冷却が必要となる場合がある。
の ASMPT AD211 Plus 共晶ダイボンダー これは特殊な熱接着方向を示しています。標準的な室温エポキシ樹脂塗布装置と同じ方法で評価すべきではありません。
スループットには完全なプロセスを含める必要があります
1時間あたりの生産ユニット数は生産能力を推定するのに役立つが、最大配置速度は工場全体のサイクルを正確に表すことはほとんどない。
実際の出力には、以下の時間が含まれる場合があります。
ウェーハおよび基板の積載
悪者の認識
工具またはエジェクタの変更
材料の塗布または刻印
ビジョンアライメント
暖房と冷房
絆の力による滞在
債券発行後の検査
雑誌の変更
レシピ変更
公称UPH値が高い機械でも、用途によっては、長時間のアライメント、複数の材料の使用、頻繁な工具交換、または広範な検査が必要な場合、使用可能な生産量が少なくなる可能性がある。
逆に、位置決め誤差によって完成した光学部品や半導体部品が使用不能になるような場合には、より低速で高精度なプラットフォームの方が生産上適している場合もある。
一般的なダイボンディングの問題がプロセスにどのように関係しているか
欠陥は、調査範囲を絞り込むための証拠として扱うべきであり、根本原因を一つに特定する証拠として扱うべきではない。
| 観測結果 | 調査対象となるプロセス領域 |
|---|---|
| 金型がずれたり回転したりした | 視覚参照、ピックアップ方向、ツールリリース、材料移動、スクラブ、リフロー、または治具の安定性 |
| 金型の傾きまたは高さの不均一 | 堆積物の均一性、ツールの平行度、基板の平坦度、汚染、接合高さの制御、または力の分布 |
| エポキシ樹脂の過剰な滲み | 堆積量、粘度、温度、力、配置高さ、ダイサイズ、または硬化遅延 |
| 接着剤の塗布が不完全 | 堆積パターン、材料の状態、表面エネルギー、配置力、接合線または閉じ込められた汚染物質 |
| 金型にひび割れや欠けが生じる | エジェクター設定、ピックアップツール、テープリリース、力、サポート、動作プロファイル、または金型の厚さ |
| 高い空隙レベル | 材料準備、塗布パターン、表面状態、雰囲気、スクラブ、リフロー、硬化、または下流の真空プロセス |
| 配置精度が不安定 | キャリブレーション、視覚コントラスト、ツールセンタリング、ステージの状態、熱ドリフト、振動、または製品のプレゼンテーション |
まず最初に、どの工程でばらつきが生じるのかを診断する必要があります。正常なサイクルと不具合のあるサイクルを比較し、ウェーハの取り扱い、ピックアップ、材料塗布、アライメント、配置、下流のボンディングといった工程を一つずつ切り分けて検証してください。
ダイボンディングマシンの仕様書の読み方
機械モデルを比較する前に、各仕様を製品要件に変換してください。
| 機械仕様 | 質問に答えるべき |
|---|---|
| X/Y軸とシータの精度 | 機械は、想定されるプロセス条件下で、金型をパッケージの許容範囲内に配置できますか？ |
| 金型サイズと厚さの範囲 | ピックアップ、エジェクタ、および工具は、実際の金型を損傷することなく取り扱うことができるか？ |
| ウェハーおよびトレイサポート | この機械は、生産材料のフォーマットとマッピング方法に対応できますか？ |
| 結合力範囲 | その機械は、適切な分解能と制御性で必要な力を供給できるか？ |
| 加熱機能 | ボンディングヘッド、ステージ、および雰囲気は、ボンディング材料と熱プロファイルに対応できますか？ |
| 調剤オプション | 設置済みのシステムは、材料、粘度、堆積パターン、および必要な量に対応できますか？ |
| UPHまたはサイクルタイム | 材料塗布、位置合わせ、加熱、検査といった工程を経た後、最終的にどのような出力が残るのでしょうか？ |
| 債券発行後の検査 | 製品が下流工程に進む前に、機械はどのような配置不良や工程上の欠陥を検出できるのか？ |
機械仕様書には、動作可能な範囲が規定されています。ただし、特定の金型、基板、接着剤、はんだ、または焼結工程が確実に動作するかどうかを判断するには、代表的な材料の試験が必要です。
実用的プロセスから機械へのレビュー
ダイボンディングマシンは、実際の組み立て工程と同じ順序で見直すべきです。
最終接合部を定義する。 その機械的、熱的、電気的、および信頼性に関する要件を記録してください。
サイコロを確認してください。 文書の寸法、厚さ、材質、裏面の状態、および入力フォーマット。
基材を確認してください。 寸法、表面仕上げ、平面度、基準点、および取り扱い方法を記録する。
接着材料を定義する。 塗布方法、保管方法、温度、および後処理の硬化またはリフローを含めてください。
配置許容値を設定します。 債券発行前の位置合わせと、債券発行後の最終位置合わせを分けて行う。
高さと力を定義する。 それらをボンドラインおよびパッケージ要件に関連付けてください。
熱需要を再検討する。 工具加熱、ステージ加熱、雰囲気および冷却に関する要件を特定する。
現実的な出力値を計算してください。 取り扱い、位置合わせ、接着、検査のすべての手順を含めてください。
インストールされている設定を確認してください。 ヘッド、カメラ、ローダー、ディスペンサー、ヒーター、ソフトウェア、およびツールを検証します。
試験用代表材料。 乾燥機のサイクルだけではなく、プロセス全体を評価してください。
この手順により、よくあるミスを防ぐことができます。それは、最大精度や処理能力が適切に見えるという理由だけでダイボンダーを選定し、後になって設置された材料搬送モジュールやボンディングモジュールでは必要なプロセスを再現できないことが判明するというミスです。
ダイボンディングプロセスに関するよくある質問
ダイボンディングとダイアタッチは同じものですか？
これらの用語は、半導体ダイをリードフレーム、基板、キャリア、またはその他の部品に配置して接合するプロセスを指す際によく用いられます。具体的な接合方法としては、エポキシ樹脂、はんだ、共晶合金、焼結材料、またはその他のプロセスが使用される場合があります。
ダイボンディングマシンは最終的な接合を完了させるのでしょうか？
すべての工程でそうなるわけではありません。一部の機械では、加熱や共晶接合をその場で完了させます。その他の用途では、ダイボンダーは、アセンブリが硬化、リフロー、または焼結装置に移る前に、材料の塗布、配置、または仮止めを行います。
ダイボンダーの最も重要な仕様は何ですか？
最も重要な数値は一つだけではありません。配置精度、金型の取り扱い、材料の塗布、接着力、加熱、画像認識、スループット、検査など、すべてが製品と接着プロセスに適合している必要があります。
正確な視覚的位置合わせの後でも、なぜサイコロが動いてしまうのか？
金型は、金型の解放、材料の圧縮、擦り洗い、硬化、はんだの溶融、または熱膨張などの過程でずれることがあります。そのため、接合後の位置は、配置前に測定した位置合わせ結果と異なる場合があります。
ダイボンディングマシンを選定する前に、どのようにテストすべきでしょうか？
可能な限り、代表的な金型、基板、材料、および工具を使用してください。合意された条件下で、ピックアップ、材料塗布、位置合わせ、配置、接合部の挙動、検査、および下流工程との適合性を確認してください。
最終的な見解
ダイボンディングの品質は、位置決め精度だけではなく、一連の工程を厳密に管理することによって決まります。ウェーハの提示、ダイのピックアップ、材料の塗布、位置合わせ、ボンディング高さ、力、温度、そして検査といったすべての要素が最終結果に影響を与えます。
適切なマシンとは、インストールされた構成で、許容できる安定性と出力でその一連の動作を再現できるマシンのことである。
レビューあり ダイボンディングマシンおよびダイアタッチシステム次に、ダイ、基板、接合材料、精度目標、スループット、および必要なプロセスモジュールを GEEKVALUE半導体製造装置に関するお問い合わせページ 構成ベースのレビューのため。