半导体行业作为信息技术的基石,在全球科技发展中扮演着至关重要的角色,而戈登·摩尔提出的摩尔定律促进了计算机技术的飞速发展,使得计算机的性能不断提升,成本逐渐降低。然而,随着晶体管特征尺寸已经从90nm向7nm迈进,摩尔定律面临四大挑战:
1.物理极限:晶体管尺寸接近原子级,量子效应显著,限制了晶体管进一步缩小,同时散热问题影响芯片性能。
2.市场需求变化:云计算、大数据和人工智能等新兴技术推动计算需求向高效、节能和灵活方向转变,未来芯片设计需注重能效比和可定制性。
3.制造成本高昂:制程工艺进步导致制造设备成本上升,芯片的价格也在不断提高,这在一定程度上限制了芯片在更广泛领域的应用。
4.地缘政治影响:欧美国家对中国半导体产业的限制阻碍了高科技技术的发展。
面对这些挑战,探索新型材料如二维材料、宽禁带半导体材料、有机半导体材料、拓补绝缘体材料等和新器件结构及二维平面向三维方向先进堆叠封装技术是推动IC产业继续发展的两条极为重要的路线。目前,国际上如TSMC、Intel和Samsung等封装大厂正在通过先进封装技术布局系统整合与创新。
在国内,由于地缘政治影响,先进封装为半导体技术突破提供了可能。倒装键合作为后道封装中的关键工艺,具有电气性能优越和成本低廉的优势。然而,传统的回流焊(Mass Reflow)或热压键合(Thermal Compression Bonding)容易因为芯片和基板热膨胀系数的差异及温度梯度大产生较大热应力会导致翘曲;热压不均匀也会容易导致锡球断裂或者桥接,而激光辅助键合(LAB)的出现可以改善键合时的翘曲或焊接不良的问题。
激光辅助键合(LAB)利用激光作为热源,通过局部加热实现材料的键合。这种技术结合了激光的高精度和高能量密度,能够在特定区域快速且精确地加热,从而实现优质的材料键合。这一创新为半导体封装行业带来了新的发展机遇。
激光辅助键合原理示意及键合后效果展示