印刷掀半導體後工序革命，多品種少量變量生產成為可能

更新日期：2015-09-25

今後，IoT（物聯網）設備普及伴隨的課題——半導體封裝的多品種、少量、變量生產將得到解決。有一家企業已經開發出了這樣的芯片裝配技術。那就是2009年成立、總部設在日本新潟縣妙高市的CONNECTEC JAPAN。現在主要從事半導體後工序的受託開發和製造。

CONNECTEC JAPAN自主開發的裝配技術名叫「MONSTER PAC」。該公司代表董事平田勝則介紹說，「不僅可以多品種少量生產，還能一舉解決因low-k化而脆化的半導體芯片的安裝、在不耐高溫的基板上的安裝、MEMS（微電子機械系統）倒裝芯片安裝等目前半導體後工序存在的課題」。

利用凹版印刷實現

MONSTER PAC的關鍵，是在基板側設置用來接合芯片和基板的微凸點。微凸點使用凹版印刷技術形成（圖1），墨水採用銀納米膏。形成凸點後在其上方塗布非導電性樹脂。

平田稱，因為是印刷方式，所以「可以在任何基板材料上形成布線，實現多品種少量生產」。而且，這種方式不僅可以縮短形成微凸點的時間，還可以大幅簡化裝置。

原來的方法是在芯片上形成微凸點，要對晶圓進行電鍍處理。這必須經過形成光刻膠膜、電鍍處理、剝離光刻膠膜等步驟才能實現，而且裝置的體積都較大。採用印刷方式可以省去這些處理。

還技術還能用於MEMS倒裝芯片的裝配。MEMS的芯片上有溝槽等結構體，芯片的電極不能進行電鍍處理。但MONSTER PAC技術無需對芯片進行加工，因此可以用於倒裝芯片的裝配。

在低溫和低載荷下進行接合

與以往技術相比，MONSTER PAC的芯片裝配操作也有所簡化。只要在印刷了微凸點的基板上放置芯片，施加170℃、0.12g/凸點的載荷，就能完成接合。而採用在芯片上形成微凸點的方法時，需要2.4g/凸點的接合載荷，並加熱到260℃。2.4g/凸點的載荷看上去很小，但幾千個微凸點相加，需要施加相當大的力。在強大的作用力下，芯片有時會發生破損。

這種問題最近尤為突出。這是因為，為了減少微細化造成的布線間電容量的影響，用來支撐布線的層間絕緣膜材料傾向於選擇介電常數低的low-k材料。實現low-k的一般方法是採用多孔質材料，使介電常數接近空氣。因為內部開有很多小孔，所以材料強度會減弱。而MONSTER PAC無需顧忌此類問題，不受任何影響。

除此之外，MONSTER PAC還具有一種安裝設備適用於陶瓷、有機材料、薄膜材料等多種基板材料的特點。極端地說，可以在每道工序安裝不同的基板。而使用傳統方式時，必須為不同的基板材料準備不同的設備。這種不挑剔材料的特點，非常適合少量多品種生產。

有意對外銷售技術

CONNECTEC JAPAN正在開發以10μm為間隔的凸點布線技術，實用化已有了眉目（圖2）。在晶圓上電鍍形成凸點的通常方式長期受到40μm的制約。原因是接合需要加熱，會使有機材料大幅膨脹。而CONNECTEC正在開發的技術可以在130℃的溫度下接合，膨脹量小，因此間隔可以縮小到10μm。間隔縮小到10μm後，封裝的面積可以縮小75％。「到2017年，使用10μm間隔技術的產品可以投入量產」（平田）。

MONSTER PAC目前只在CONNECTEC JAPAN的內部使用，今後計劃廣泛銷售後工序生產設備。生產設備的目標是使模具製造、凸點印刷和布線、安裝能夠全部設置在一張長桌上（圖3）。使用家用100V電源驅動。平田心中的夢想是：「要在日本的土地上，孕育出眾多以便利店那樣小的面積，承接半導體封裝工序的企業。」