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Semiconductor se refiere al material con conductividad eléctrica entre conductor y aislante a temperatura ambiente, que juega un papel vital en el campo de la ciencia, la tecnología y la economía. En términos de clasificación, los semiconductores se pueden dividir en circuitos integrados, dispositivos discretos, optoelectrónica óptica y sensores, entre los cuales los circuitos integrados representan la mayor proporción, más del 80%; dispositivos discretos, optoelectrónica y sensores ocupan el resto, que en conjunto se denominan D-O-S. Subdividido en productos específicos, el circuito integrado se puede dividir en chip digital y chip analógico, el circuito digital incluye chip lógico, memoria y microprocesador, el chip analógico incluye principalmente chip de administración de energía y cadena de señal.
Referencia fuente 1
Desde la perspectiva de los materiales, existen tres categorías principales de materiales relacionados con la industria de los semiconductores:
1. materiales de matriz; 2. materiales de fabricación; 3 materiales de embalaje.
Referencia fuente 2
1. material de matriz
Oblea de silicio
Según los diferentes materiales del chip, se divide en oblea de silicio (semiconductor de primera generación) y semiconductor compuesto. Entre ellos, la oblea de silicio es la más utilizada y la materia prima más importante en el proceso de fabricación de circuitos integrados. Las obleas de silicio son todas obleas de silicio monocristalino y la pureza de los materiales de silicio aplicados en la electrónica de potencia es mayor y generalmente requieren una pureza de más de 11N.
Compuesto químico semiconductor
Los semiconductores compuestos se refieren principalmente al arseniuro de galio (GaAs), el fosfato de indio (InP), el nitruro de galio (GaN) y el carburo de silicio (SiC) y otros semiconductores de segunda y tercera generación, en comparación con la primera generación de semiconductores individuales (como el silicio (Si). ), semiconductor de germanio (Ge), semiconductor compuesto en rendimiento de alta frecuencia, el rendimiento a alta temperatura es excelente.
La primera generación: la aplicación de silicio y germanio promueve el surgimiento de circuitos digitales e industrias relacionadas, el producto representativo actual es el silicio; la segunda generación: la aplicación de arseniuro de galio y fosfato de indio, promueve el desarrollo de una serie de industrias como la comunicación; la tercera generación: la aplicación de materiales semiconductores como el nitruro de galio y el carburo de silicio, que promueve directamente el desarrollo de una serie de industrias como la iluminación semiconductora, las pantallas y los vehículos eléctricos.
La dirección del punto caliente del semiconductor de tercera generación
2. Materiales de fabricación
Material de pulido
Los materiales de pulido en semiconductores generalmente se refieren a los materiales utilizados en el proceso de pulido mecánico químico CMP. El pulido CMP es el proceso clave para lograr el aplanamiento uniforme global de la oblea.
Los materiales de pulido generalmente se pueden dividir en almohadilla de pulido, líquido de pulido, regulador y limpiador, entre los cuales los dos primeros son los más críticos. El material de la almohadilla de pulido es generalmente poliuretano o poliéster agregado con poliéster saturado, el líquido de pulido generalmente está compuesto de partículas sólidas abrasivas superfinas (como sílice a nanoescala, partículas de alúmina, etc.), tensioactivos, estabilizadores, oxidantes, etc.
fotorresistente
El fotorresistente, también conocido como fotorresistente, es un líquido mixto sensible a la luz. Sus componentes incluyen: fotoiniciadores (incluidos fotosensibles, ácido fotogénico), resina fotorresistente, monómero, disolvente y otros aditivos. Photoresist puede transferir los gráficos finos requeridos desde la fotomáscara (máscara) al sustrato para ser procesado mediante reacciones fotoquímicas y procesos fotográficos como exposición y revelado. Dependiendo del escenario de uso, el sustrato a procesar puede ser un material de circuito integrado, material de panel de visualización (LCD) o placa de circuito impreso (PCB). Se puede caracterizar por fotorresistente, que se puede dividir en fotorresistente positivo y fotorresistente negativo.
Desde el punto de dificultad técnica: fotorresistente de PCB
Los productos químicos microelectrónicos que pertenecen al fotorresistente son el campo de intersección de la industria electrónica y la industria química, que es una industria típica de uso intensivo de tecnología. Participar en el negocio de productos químicos microelectrónicos requiere tecnologías de producción clave que coincidan con el desarrollo de vanguardia de la industria electrónica, como tecnología de mezcla, tecnología de separación, tecnología de purificación, tecnología de análisis e inspección, tecnología de tratamiento ambiental y monitoreo que coincida con el proceso de producción. Las barreras técnicas del fotorresistente incluyen la tecnología de formulación, la tecnología de control de calidad y la tecnología de materias primas. La tecnología de fórmula es el núcleo de la función fotorresistente, la tecnología de control de calidad puede garantizar la estabilidad del rendimiento del fotorresistente y las materias primas de alta calidad son la base del rendimiento del fotorresistente.
Mascarilla
La industria también se conoce como máscara de luz, fotomáscara, máscara litográfica. Materiales: cristal de cuarzo, cromo metálico y adhesivo fotosensible. El producto está fabricado con vidrio de cuarzo como sustrato, sobre el cual se recubre una capa de cromo metálico y fotopolímero, que se convierte en un material sensible a la luz. Los gráficos del circuito diseñado se exponen al fotopolímero a través de equipos láser electrónicos, y el área expuesta se desarrollará para formar los gráficos del circuito en el cromo metálico para formar una fotomáscara similar a la del negativo expuesto, que luego se aplica a los circuitos integrados. para la proyección y posicionamiento, y el fotograbado de los circuitos proyectados se realiza mediante una máquina de fotolitografía de circuito integrado. Luego se aplica para proyectar el posicionamiento de circuitos integrados y fotograbado de los circuitos proyectados mediante la máquina de fotolitografía de circuitos integrados, y sus procedimientos de producción y procesamiento son: exposición, revelado, fotopolimerización y finalmente se aplica al fotograbado.
La fotografía es la parte tecnológica central de los semiconductores.
Objetivos de pulverización
El material de origen preparado mediante película de pulverización catódica, también conocido como objetivo de pulverización catódica, especialmente el objetivo de pulverización catódica de alta pureza utilizado en la deposición física de vapor (Physical _ Vapor _ Deposition), proceso de fabricación de componentes PVD, es el material clave para la preparación de oblea, panel, Células solares y otras películas electrónicas de superficie. En el estado de vacío, la superficie sólida es bombardeada con iones acelerados y los átomos intercambian impulso, de modo que los átomos en la superficie sólida abandonan el sólido y se depositan en la superficie del sustrato para formar la película requerida. Este proceso se llama chisporroteo. El sólido bombardeado es el material de origen para depositar la película, a menudo denominado objetivo.
El dispositivo de un solo componente del chip semiconductor se compone de sustrato, capa aislante, capa dieléctrica, capa conductora y capa protectora, entre las cuales, la capa media, la capa conductora e incluso la capa protectora se utilizan en el proceso de recubrimiento por pulverización catódica. Los objetivos para el recubrimiento en el campo de los circuitos integrados incluyen principalmente objetivos de aluminio, objetivos de titanio, objetivos de cobre, objetivos de tantalio, objetivos de tungsteno y titanio, etc., y el material objetivo requiere una alta pureza, generalmente superior a 5N (99,999%).
químicos húmedos
Los productos químicos electrónicos húmedos, también conocidos comúnmente como reactivos ultralimpios de alta pureza, se refieren a varios reactivos químicos de alta pureza utilizados en el proceso de fabricación de semiconductores. Según el propósito, se pueden dividir en químicos generales y químicos funcionales, entre los cuales los químicos generales generalmente se refieren a solventes químicos puros de alta pureza, como agua desionizada de alta pureza, ácido fluorhídrico, ácido sulfúrico, ácido fosfórico, ácido nítrico y otros reactivos comunes. .
En el proceso de fabricación de obleas, se utilizan principalmente disolventes químicos de alta pureza para limpiar partículas, residuos orgánicos, iones metálicos, capas de óxido natural y otros contaminantes. Los productos químicos funcionales se refieren a las fórmulas químicas que logran funciones especiales y cumplen con los requisitos especiales del proceso en el proceso de fabricación, como la solución de desarrollo, la solución de extracción, la solución de limpieza, la solución de grabado, etc., que a menudo se utilizan en el grabado, la pulverización catódica y otros procesos. Enlaces.
Gas especial electrónico
El gas especial electrónico se refiere a todo tipo de gases especiales que deben usarse en el proceso de preparación de chips semiconductores. Según la composición química del gas, se puede dividir en gas general y gas especial. Además, según el uso, se puede dividir en gas dopante, gas epitaxial, gas de inyección de iones, gas de diodo emisor de luz, gas de grabado, gas de deposición química de vapor y gas de equilibrio. Al igual que los reactivos de alta pureza, el gas especial electrónico también tiene requisitos muy altos de pureza del gas, y básicamente requiere un contenido de impurezas de ppt por debajo del nivel. Esto se debe a que el tamaño del circuito IC ha alcanzado el nivel nano, cualquier rastro de impurezas residuales en el gas puede causar un cortocircuito en el semiconductor o daños en la línea.
3. Material de embalaje
El envasado de semiconductores se refiere al proceso en el que se procesan las obleas probadas para obtener un chip independiente según el modelo del producto y los requisitos funcionales. Los materiales necesarios en todo el proceso de embalaje incluyen principalmente materiales de unión de chips, materiales de embalaje cerámicos, alambre de unión, marco de cables, sustrato de embalaje, materiales de corte, etc.
Materiales de encuadernación
El material aglutinante es un material que utiliza tecnología de unión para conectar el núcleo de la tubería con la base o el sustrato de embalaje. En términos de propiedades físicas y químicas, debe cumplir con los requisitos de alta resistencia mecánica, rendimiento químico estable, conductividad conductiva y térmica, baja temperatura de curado y gran operabilidad. En la aplicación práctica, las principales tecnologías de unión incluyen tecnología de unión de pasta de plata, tecnología de unión de vidrio de bajo punto de fusión, tecnología de adhesivo conductor, tecnología de unión, tecnología de adhesivo epoxi y tecnología de soldadura de cocristal.
Sustrato de embalaje
El material de embalaje desempeña principalmente la función de proteger el chip y conectar la placa de circuito inferior. El chip completo se compone de un chip desnudo y un cuerpo de paquete. El sustrato del paquete puede proteger, fijar y soportar el chip.
El sustrato de embalaje se puede dividir en orgánico, inorgánico y compuesto, con ventajas y desventajas en diferentes campos del embalaje. El sustrato orgánico tiene una constante dieléctrica baja y un procesamiento fácil, adecuado para la transmisión de señales de alta frecuencia con requisitos de baja conductividad térmica; sustrato inorgánico con soporte cerámico, buena resistencia al calor, fácil cableado y estabilidad dimensional, pero costo y toxicidad del material limitados; El sustrato compuesto es de diferentes materiales orgánicos e inorgánicos según las diferentes características de demanda.
Materiales de embalaje cerámicos.
El material de embalaje cerámico es un tipo de material de embalaje electrónico que se utiliza para realizar soporte mecánico, sellado ambiental y disipación de calor, entre otras funciones. En comparación con los materiales de embalaje de metal y los materiales de embalaje de plástico, los materiales de embalaje cerámicos tienen buena resistencia a la humedad, buena tasa de expansión de línea y conductividad térmica, un rendimiento extremadamente estable en maquinaria electrotérmica y otros aspectos, pero un alto costo de procesamiento y una alta fragilidad.
Materiales de corte
Wafslice es un proceso esencial en el proceso de fabricación de chips semiconductores, que es el último proceso en la fabricación de obleas. Toda la oblea del chip se divide en un solo chip (troquel) según el tamaño del chip, que se denomina rebanada de oblea.
Las primeras obleas se grababan (cortaban) mediante el sistema de trazado, y ahora este método todavía ocupa una gran parte del mercado mundial de corte de virutas, especialmente en el campo del trazado de obleas de circuitos no integrados. El método de corte con hoja de sierra de diamante (muela abrasiva) es un método de corte de oblea común. El nuevo tipo de corte de oblea con láser pertenece al procesamiento sin contacto, que no produce tensión mecánica en la oblea y causa menos daño a la oblea. Debido al punto del láser enfocado, el enfoque puede ser tan pequeño como del orden de submicrómetros, mejorando así el microprocesamiento de la oblea.
Marco de plomo y material de unión.
El marco de plomo como portador de chip de circuito integrado, es un tipo de material de unión (alambre de oro, alambre de aluminio, alambre de cobre), extremo del cable del circuito interno del chip y conexión eléctrica del cable externo, forma la estructura clave del circuito eléctrico, desempeña el papel El papel del puente y la conexión de cables externos, la mayoría de los bloques integrados de semiconductores necesitan utilizar el marco de plomo, es un material básico importante en la industria de la información electrónica.
La aleación de cobre utilizada en el marco de plomo se puede dividir aproximadamente en cobre, hierro, cobre, níquel-silicio, cobre, cromo, cobre, níquel, estaño (aleación JK-2), etc. Las aleaciones de cobre ternarias y de cuatro elementos múltiples pueden lograr un mejor rendimiento que la aleación binaria tradicional.
Referencia:
1.Informe especial sobre materiales semiconductores; Valores de Dongguan.
2. Informe especial sobre materiales semiconductores; Valores Guosen.
3. Popularizar el método de cuchilla precisa para cortar en cubitos las obleas IC; Blog de Chuanbin Wu.
Este artículo está extraído de Powder360.
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