Chiplet先进封装把多颗芯片堆叠在一个基板上,互连密度比传统封装高一个量级。这种工艺对气体的要求集中在洁净和干燥两个点,颗粒和水分控制不好,倒装焊和微互连就会出缺陷。做供气方案的时候,思路和前道晶圆厂不一样,要围绕封装工艺的特点来配。

先看封装工序吃什么气。划片切割用氮气做冷却和保护,防止刀片过热损伤芯片。倒装焊回流用到氮气保护炉,氧含量要压到几十ppm以下,防止焊球氧化。底胶固化和模塑工序用到氮气和干燥空气。等离子清洗工序用到氩气、氧气、四氟化碳。底部填充和激光打孔还会用到一些特气。大宗气以氮气为主,用量占全部气体的七八成。
洁净度是Chiplet用气的第一要求。封装车间虽然不像前道那样是百级间,但气体管路里带出来的颗粒直接落在焊盘上,就是一个虚焊点。氮气从气源到使用点,中间要经过多级颗粒过滤,终端过滤器孔径0.003微米。管路材质用BA级不锈钢,内壁光洁度比普通工业气管高两个等级。焊接工艺和前道一样用轨道自动焊,每段焊口做氦检漏。车间内的气体分配箱要带检漏和吹扫接口,换瓶不进颗粒。
干燥度第二个关键点。倒装焊炉里残留水分会导致焊球氧化和润湿不良。氮气露点要控制在零下七十度以下,对应水分不到1ppm。大宗氮气如果是现场制氮,出口露点一般在零下四十度左右,要加在线干燥纯化器才能到零下七十度。用液氮蒸发供气的话,露点天然够低,这是液氮方案的优势。采购方在方案里要明确每个用气点的露点要求,不能只写氮气,不写露点,供应商随便供一瓶工业氮就把你打发了。
特气配套按工艺线配。等离子清洗用的四氟化碳和氧气,一般用钢瓶供气,装在气瓶柜里。有些封装厂用三氟化氮做腔体清洗,NF3分解产生氟自由基,清洗效率比CF4高,废气处理也要跟上。特气间要和大宗气站分开建,剧毒和腐蚀气体单独存放。特气用量比前道小得多,一般几瓶钢瓶就能满足一条封装线,但纯度要求不能降,5N起步,关键工艺点上在线纯化器。
供气方式建议。封装厂氮气用量大,首选液氮储罐加汽化器,或者现场制氮加纯化。液氮供应稳定、露点低,缺点是要定期槽车补货。现场制氮初期投资高,但长期运行成本低,适合用量稳定的大厂。氩气和氧气用量小,用钢瓶组汇流排就够。特气全部用钢瓶,带自动切换和吹扫功能。管路设计要留扩展口,封装线扩产加设备的时候不用重新铺管。
监控和应急方案不能少。每个用气点装压力传感器和流量计,数据接进厂务监控系统。氮气压力掉了立刻报警,防止保护炉断气。特气瓶柜装泄漏探头,报警联动排风切断。Chiplet封装产线投资大,供气中断几小时可能整批基板报废。建议关键工序配备用气源,液氮储罐配两个,一用一备。特气汇流排自动切换,备用瓶提前装好。供气方案不是装完就完,每个季度做一次气体品质抽检,颗粒和水分数据趋势有变化及时找原因。洁净干燥做到位,特气配套跟上,Chiplet产线的良率才有底气。
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