微納3D打印金屬在半導(dǎo)體測(cè)試和封裝領(lǐng)域的創(chuàng)新應(yīng)用

來(lái)源： PuSL摩方高精密

在當(dāng)今快速發(fā)展的科技時(shí)代,，半導(dǎo)體行業(yè)作為全球經(jīng)濟(jì)發(fā)展的關(guān)鍵驅(qū)動(dòng)力，其動(dòng)態(tài)變化對(duì)全球經(jīng)濟(jì)格局產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響,。它不僅直接促進(jìn)了電子制造業(yè)進(jìn)步,，帶動(dòng)軟硬件行業(yè)成長(zhǎng)，還催生了新技術(shù),、新產(chǎn)品和新商業(yè)模式,。從半導(dǎo)體材料的基礎(chǔ)研發(fā)，到半導(dǎo)體設(shè)計(jì)的創(chuàng)新突破,，再到集成電路的制造與應(yīng)用,，全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)格局將迎來(lái)深刻變革。

據(jù)Statista預(yù)測(cè),，到2029年,，全球半導(dǎo)體市場(chǎng)規(guī)模將從2024年的607 億美元增長(zhǎng)至980 億美元,，年復(fù)合增長(zhǎng)率為14.9%。作為尖端技術(shù)的半導(dǎo)體芯片,，其制造過(guò)程極其復(fù)雜,，主要包括以下幾個(gè)關(guān)鍵步驟：晶圓制備、光刻,、刻蝕,、薄膜沉積、離子注入,、封裝測(cè)試,。每個(gè)工序都需要嚴(yán)格的控制和精確的測(cè)量，任何一個(gè)環(huán)節(jié)的問(wèn)題都可能導(dǎo)致芯片的損壞或性能下降,。因此,，半導(dǎo)體制造對(duì)設(shè)備技術(shù)、制造工藝和操作人員的要求都極為苛刻,。

半導(dǎo)體芯片加工過(guò)程（來(lái)源于Lam Research）

高昂的設(shè)備投入,、材料消耗以及研發(fā)開(kāi)支，共同推高了半導(dǎo)體產(chǎn)品的制造成本,。這就要求在確保產(chǎn)品高良率的基礎(chǔ)之上,，還需尋求降低成本的有效途徑，以促進(jìn)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展,。

在半導(dǎo)體制造環(huán)節(jié)中,，芯片測(cè)試與封裝是關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一，加之人工智能的迅速迭代和摩爾定律的放緩,，先進(jìn)的封裝技術(shù)對(duì)于提高芯片的高性能至關(guān)重要,。傳統(tǒng)封裝技術(shù)面臨工藝復(fù)雜、熱管理失效,、材料熱膨脹系數(shù)不匹配導(dǎo)致的應(yīng)力問(wèn)題,，易致封裝失敗。

半導(dǎo)體邏輯器件小型化路線圖

在顛覆性創(chuàng)新技術(shù)領(lǐng)域,，3D打印技術(shù)在實(shí)現(xiàn)一體化成型,，構(gòu)建微型化的復(fù)雜結(jié)構(gòu)具備卓越的優(yōu)勢(shì)。通過(guò)人工輔助設(shè)計(jì)優(yōu)化內(nèi)部散熱結(jié)構(gòu),，提高晶圓臺(tái)熱穩(wěn)定性,，減少晶圓熱穩(wěn)定時(shí)間，可有效地提高芯片生產(chǎn)的良率與效率,。其中在半導(dǎo)體封裝技術(shù)中,，微納3D打印技術(shù)不僅僅能賦能引線鍵合、晶圓級(jí)封裝等常見(jiàn)技術(shù),，更是2.5D堆疊,、3D 堆疊等新型創(chuàng)新封裝技術(shù)的第一選擇,。3D打印技術(shù)的加持，可助力測(cè)試和封裝技術(shù)朝著微型化,、精密化、高密度引腳,、高效散熱的方向發(fā)展,。

瑞士Exaddon AG公司專注于微納金屬零件的增材制造領(lǐng)域，旨在提供高精度和創(chuàng)新的微納金屬3D打印解決方案,。Exadoond AG獨(dú)有的的基于電化學(xué)沉積的金屬增材制造技術(shù)（μAM）,，主要原理是：微流控調(diào)節(jié)脈沖氣壓將打印液體推入離子探頭的微通道，金屬離子經(jīng)電化學(xué)還原沉積生成金屬原子并結(jié)晶生成單一像素體,，通過(guò)離子探頭和平臺(tái)移動(dòng)實(shí)現(xiàn)圖案化的像素體堆疊,，最終形成三維金屬微結(jié)構(gòu)。

在半導(dǎo)體測(cè)試技術(shù)中,，Exaddon AG已成功開(kāi)發(fā)了能夠以低于20 μm間距進(jìn)行細(xì)間距探測(cè)的微納3D打印探針,，克服半導(dǎo)體測(cè)試行業(yè)面臨的間距限制，開(kāi)辟芯片設(shè)計(jì)和測(cè)試的新可能,。其microLED測(cè)試陣列直接3D打印在間距低于20 μm的預(yù)圖案跡線上,。該演示器陣列擁有128個(gè)探頭，X軸最小間距為18.5 μm,，Y軸最小間距為9.5 μm,，Z軸最小間距為±2 μm。據(jù)了解,，Exaddon AG的探針陣列的尺寸約為其他公司探針陣列的 10%,，使microLED測(cè)試儀的效率提高了64倍。

在半導(dǎo)體封裝技術(shù)上,，Exaddon AG μAM技術(shù)與光刻工藝等傳統(tǒng)IC和PCB工藝步驟兼容,，實(shí)現(xiàn)芯片的垂直互聯(lián)，優(yōu)化性能和促進(jìn)小型化,。Exaddon AG CERES 系統(tǒng)不僅能夠?qū)崿F(xiàn)高度低至 200 nm的 2D/2.5D 特征結(jié)構(gòu),，還能夠直接在微型PCB的走線和金屬接觸電極上精確地打印精度小于1 μm的高導(dǎo)電性微尺度結(jié)構(gòu)。這種直接在基底上修改表面結(jié)構(gòu)的獨(dú)特封裝方法,，可顯著縮短連接距離和降低延遲和減少能量損耗,，是人工智能和高性能計(jì)算應(yīng)用的理想解決方案。

為了保證實(shí)現(xiàn)高精度的打印,，CERES 系統(tǒng)配備了兩臺(tái)具有計(jì)算機(jī)輔助對(duì)準(zhǔn)功能的高分辨率相機(jī),，支持自動(dòng)離子探頭裝載以及3D打印結(jié)構(gòu)的拍攝錄像可視化。

Exaddon AG的3D打印技術(shù)在其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),、材料選擇以及制造流程方面展現(xiàn)出顯著的先進(jìn)性,，通過(guò)增加成型精度,、提升材料成形性、降低生產(chǎn)成本和提高生產(chǎn)可靠性等方面,，拓展3D打印技術(shù)在半導(dǎo)體行業(yè)的應(yīng)用范圍,。

在當(dāng)前全球化的背景下，半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)已經(jīng)成為衡量國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力的關(guān)鍵指標(biāo),。受到微型化特征和性能優(yōu)化的驅(qū)動(dòng),，隨著像3D堆疊封裝以及晶圓級(jí)封裝的先進(jìn)技術(shù)已經(jīng)占據(jù)了30%的市場(chǎng)，這個(gè)動(dòng)態(tài)市場(chǎng)已經(jīng)見(jiàn)證了巨大的成長(zhǎng),。3D打印技術(shù)作為新興力量,，突破了傳統(tǒng)制造的局限，不斷拓寬創(chuàng)新邊界,，推動(dòng)全球半導(dǎo)體核心技術(shù)研發(fā),，共同塑造產(chǎn)業(yè)發(fā)展的新動(dòng)能與新優(yōu)勢(shì)。