Embedded Files
Die Attach Process
Overall
Die attach หรือ Die bonding หรือ Die mount
เป็นหนึ่งในกระบวนการผลิต Semiconductor ที่จะ นำ Silicon chip ไปติดที่ die pad ของ โครงสร้างของ Semiconductor package เช่น leadframe
โดยสรุปกระบวนการนี้จะนำ die ไปติดกับ substrate หรือ package ซึ่งมีหากหลายรูปทรง เช่น lead frames Ceramics หรือ Printed circuit boards (PCB) ซึ่งตัว die นั้น เปรียบได้กับสมอง ของ ชิ้น Semiconductor package นั่นเอง
การทำ die attach เป็นกระบวนการที่สำคัญขั้นตอนนึงของการผลิตอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ กระบวนการนี้ช่วยปกป้อง die จากสิ่งอันตรายต่างๆ ทางกายภาพ และ ยังช่วยระบายความร้อนโดยการสร้างสะพานนำความร้อนระหว่างชิ้น die ไปที่ตัว package หรือ substrate แทนด้วย เนื่องจากในการใช้งาน ตัว die อาจเกิดความร้อนขึ้นได้
วัสดุที่ใช้สำหรับการทำ die attach เรียกว่า die bonder ซึ่งวัสดุเหล่านี้มีมากมาย ตัวอย่างเช่น solder alloys , conductive adhesives และ eutectic compounds ตัววัสดุจะถูกเลือกใช้งานตามปัจจัยต่างๆ เช่น mechanical strength , การนำพาความร้อน การนำไฟฟ้า และ ความเหมาะสมระหว่าง die กับ substrate ที่จะถูกติด
การเลือกวัสดุ die bonder มีความสำคัญเนื่องจาก ส่งผลต่อคุณภาพ และ อายุการใช้งานของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์
วัสดุเหล่านี้ นอกจากจะปกป้องยึดโยงให้ die อยู่กับ substrate แล้ว ยังช่วยในการนำความร้อนออกไปจากตัว die และ ใน บางการออกแบบ ตัววัสดุเอง ที่เป็น die attach layer ยังต้องทำหน้าที่เป็นตัวเชื่อมโยงทางไฟฟ้า ระหว่าง die กับ package อีกด้วย
หมายเหตุ:โดยปกติแล้ว die จะทำมาจาก silicon แต่ในบางครั้ง วัสดุที่นำมาทำ die ก็ขึ้นอยู่กับ application การใช้งาน ยังอาจพบ die ที่ทำมาจาก Gallium arsenide หรือ Silicon carbide ได้ด้วย
ในตัว die ประกอบไปด้วย transistors capacitors และ resistors ซึ่งทั้งสามส่วนนี้จะทำให้เกิดการหมุนเวียนเป็นวงจรเกิด เป็น กระบวนการนำไฟฟ้าขึ้นมา
วัสดุที่ใช้ในการทำ die attach
วัสดุที่ใช้มีหลายประเภทด้วยกัน ในที่นี้จะกล่าวเพียง 3 ชนิด คร่าวๆได้แก่ metal alloy , ceramic และ polymer
metal alloy
มีคุณสมบัติ คือ สามารถนำความร้อน และ นำไฟฟ้าได้ดี อย่างเช่น gold-tin (AuSn) จะนิยมถูกนำมาใช้ในการทำ die attach มีจุดหลอมละลายอยู่ที่ 280 องศาเซลเซียส และมีค่า ความนำความร้อน ที่ 58 W/mK ทำให้วัสดุนี้เป็นตัวเลือกที่ดีในการทำ die attach ให้กับ อุปกรณ์ ที่ ใช้ พลังงานสูง ที่ต้องการการกระจายความร้อนออกไป แต่ ก็มีข้อเสียเปรียบเนื่องจากวัสดุนี้ มีราคาแพง
วัสดุอีกประเภท ที่นิยมใช้ในการทำ die attach คือ gold-silicon (AuSi) มีจุดหลอมละลายอยู่ที่ 363 องศาเซลเซียส สูงกว่า AuSn จึงเหมาะกับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่ต้องใช้งานที่อุณหภูมิสูงๆ และเนื่องจากวัสดุนี้ มีค่าการนำความร้อนสูง อยู่ที่ประมาณ 57 W/mK ทำให้วัสดุนี้เป็นอีกตัวเลือกหนึ่งในการบริหารจัดการความร้อนของอุปกรณ์
ceramic
โดยเฉพาะ silver-filled glass compound มีคุณสมบัติที่สมดุลระหว่างประสิทธิภาพการนำความร้อน การนำไฟฟ้า และ ต้นทุนค่าใช้จ่าย วัสดุตัวนี้ มีค่าการนำความร้อนอยู่ที่ 3-4 W/mK ซึ่งต่ำว่า วัสดุ metal alloy แต่ก็เพียงพอสำหรับการผลิตอุปกรณ์ในหลายๆ application ยิ่งไปกว่านั้น การใช้วัสดุนี้ในกระบวนการผลิต สามารถทำได้ที่อุณหภูมิต่ำกว่า metal alloy โดยทั่วไปทำที่อุณหภูมิ 200 องศาเซลเซียส ซึ่งทำเหมาะกับการใช้กับกระบวนการประกอบอุปกรณ์ที่มีความอ่อนไหวต่ออุณหภูมิ
Polymer
โดยเฉพาะ silver-filled epoxy resin ถูกนำมาใช้อย่างแพร่หลายใน application ที่ต้องการต้นทุนในการผลิตต่ำ โดย silver ถูกนำมาผสมกับ epoxy resin เพื่อปรับคุณสมบัติในการนำความร้อน ในขณะที่ epoxy resin มีค่าการนำความร้อนเพียง 0.2 W/mK เมื่อผสม silver ลงไป ค่าการนำความร้อนจะเพิ่มขึ้นมาเป็น 3-4 W/mK และสามารถใช้ในกระบวนการผลิตที่อุณหภูมิต่ำกว่า 150 องศาเซลเซียส แต่ให้รอยเชื่อมที่แข็งแรงเพียงพอในการยึดโยง die กับ substrate
วัสดุแต่ล่ะชนิดมีคุณสมบัติ และ เงื่อนไขสภาวะในการเข้ากระบวนการผลิตที่ต่างกัน ดังนั้น การเลือกใช้จึงขึ้นอยู่กับปัจจัยที่ต้องการของแต่ล่ะ อุปกรณ์ และ เงื่อนไขต่างๆในการผลิต
หมายเหตุ: วิธีการทำ die attachในท้องตลาดมีการใช้มากมายหลายวิธี จะขอยกตัวอย่างมากล่าวเพียง 2 รูปแบบคือ
eutectic die attach กับ adhesive die attach ซึ่งจะมีความแตกต่างกันในแง่ ของวัสดุที่ใช้ เงื่อนไขของกระบวนการทำ และ คุณลักษณะของผลงานหลังจากที่ทำกระบวนการ die attach
Eutectic Die Attach จะใช้วัสดุ คือ Eutectic alloy ซึ่งเป็นโลหะผสมที่มีคุณสมบัติเฉพาะตัว หลอมละลายที่อุณหภูมิต่ำกว่า เมื่อเทียบกับส่วนผสมอื่นที่เป็นโลหะชนิดเดียวกัน
คุณสมบัตินี้ ทำให้ eutectic alloy มีประโยชน์ในการทำ die attach เพราะทำให้เกิด bonding ที่มีคุณภาพสูงที่อุณหภูมิต่ำๆได้
นอกจากนี้ กระบวนการนี้ยังทำได้รวดเร็ว จึงสามารถตอบสนองต่อการผลิต แบบ high-volume ได้ Eutectic alloy ที่นิยมใช้ใน die attach มีหลายตัว หนึ่งในนั้นคือ gold-tin (AuSn)
กระบวนการ Eutectic Die Attach มี 2 ขั้นตอนย่อยคือ
ตัว alloy จะถูกทาบน die หรือ บน substrate โดยอาจใช้ electroplating หรือ sputtering
นำ die และ substrate มาติดเข้าด้วยกัน แล้วให้ความร้อนจนถึงจุดหลอมละลายของ alloy นั้น ทำให้ อนุภาคของ alloy ไหลไปทั่วระหว่างพื้นผิวที่ต้องการติด เมื่อเย็นตัวลงก็จะได้รอยเชื่อมที่แข็งแรง
วิธีการ die attach แบบนี้ มีคุณสมบัติเป็นเลิศในเรื่องของการนำความร้อนและการนำไฟฟ้า เนื่องจากธรรมชาติของวัสดุที่ใช้เชื่อมเอง ซึ่งคุณสมบัติความนำทั้งสองในวัสดุประเภท alloy มีมากกว่า วัสดุประเภท polymer ที่ใช้ใน Adhesive die attach
Eutectic attach จะถูกใช้สำหรับอุปกรณ์ high-power หรือ high frequency device ซึ่งให้ความสำคัญกับ การกระจายความร้อนและ ความต้านทานไฟฟ้าต่ำๆ
Epoxy Die Attach เรียกอีกอย่างว่า Adhesive die attach เป็นกระบวนการ die attach โดยใช้ วัสดุประเภท polymer ซึ่งส่วนมากจะเป็น epoxy resin
โดยแบ่งเป็น 2 ขั้นตอนหลักๆ คือ
การผสม resin กับ hardener เข้าด้วยกันทันทีก่อนใช้งานโดยนำส่วนผสมที่ได้ไปทาบน die หรือ substrate แล้ว นำ die กับ substrate ติดเข้าด้วยกัน
นำไปผ่านความร้อน cure จน แข็งขึ้น และ ก่อตัวติดกันระหว่าง die กับ substrate นั้น curing process เป็นกระบวนการสำคัญของการทำ die attach ชนิดนี้ โดยกระบวนการนี้จำเป็นต้องควบคุมอย่างระมัดระวัง เพื่อให้แน่ใจว่ารอยเชื่อมที่ได้นั้นแข็งแรง เชื่อถือได้ ถ้าตัว adhesive (polymer) ไม่ได้รับการ cure อย่างเพียงพอ รอยเชื่อมที่ได้จะอ่อนแอ และ เอนเอียง จนใช้ไม่ได้ในทางตรงกันข้าม ถ้า ได้รับการ cure มากเกินไป ก็จะทำให้รอยเชื่อมเปราะแตก อ่อนแอ ดังนั้น จึงจำเป็น ต้องมี ideal curing condition ทั้งอุณหภูมิ เวลา และ ความดัน ซึ่งจะแปรผันตาม สูตรของ epoxy แต่ล่ะตัว ตามแต่ผู้ผลิต epoxy เจ้านั้นๆ แนะนำ
ถึงแม้ว่า Epoxy die attach จะ มีค่าความนำความร้อน และ นำไฟฟ้าต่ำ แต่ก็มีข้อได้เปรียบอยู่เหมือนกัน คือมี epoxy adhesive หลายสูตรให้เลือกใช้ได้อย่างหลากหลาย โดยจะมีคุณสมบัติมากมายแตกต่างกันออกไป ให้เหมาะกับ application ต่างๆ เช่น เราสามารถกำหนดสูตร adhesive ให้มี ความนำความร้อนสูง สำหรับใช้ใน application ที่มีความไวต่อความร้อน เป็นต้น
Epoxy die attach ยังทำได้ง่ายและ ถูกกว่า Eutectic die attach ไม่จำเป็นต้องมีเงื่อนไขสภาวะการผลิตที่แม่นยำสูงมากเหมือนที่ทำใน กระบวนการ Eutectic die attach ตัว adhesive ก็มีราคาถูกว่า ทอง และ โลหะอื่นๆจึงทำให้ Epoxy die attach ถูกใช้อย่างแพร่หลาย โดยสามารถใช้กับพิ้นผิวที่มีความหนา เติมเต็มช่องว่างขนาดใหญ่ได้ จึงนิยมใช้กับอุปกรณ์ที่มีพื้นผิวขนาดใหญ่เช่น power module และ high-brightness LED เป็นต้น
High Purity Gas Filter In Line Filter In-Line Filter Point of Use Filter( POU Filter ) แก๊สฟิลเตอร์ ก๊าซฟิลเตอร์ ฟิลเตอร์ความละเอียดสูง ฟิลเตอร์แนวท่อ
Page updated
Report abuse