Le principali economie dipendono dalle forniture di semiconduttori per alimentare l'innovazione ad alta tecnologia che intendono mantenere all'avanguardia della prosperità. Non sorprende, quindi, che vogliano promuovere un'industria nazionale dei semiconduttori solida per consolidare la propria posizione e affrontare le problematiche relative ai trasporti, alle catene di approvvigionamento e all'ambiente.

Il settore dei semiconduttori ha attualmente un valore di oltre 500 miliardi di dollari a livello mondiale. L'UE ha manifestato l'intenzione di investire in tecnologie avanzate per i semiconduttori al fine di aumentare la quota di semiconduttori prodotti entro i suoi confini, che attualmente si attesta al 10%. Avendo già stanziato 145 miliardi di euro per progetti digitali, punta a promuovere le partnership industriali e ad approvare ulteriori finanziamenti.

Qualsiasi spostamento nella localizzazione della produzione di semiconduttori avverrà probabilmente attraverso una combinazione di ampliamento degli impianti esistenti e costruzione di nuovi. Attualmente, le maggiori aziende produttrici di wafer sono specializzate indipendenti con sede in Estremo Oriente che collaborano con aziende di semiconduttori in tutto il mondo. Tra i loro clienti figurano aziende di progettazione di chip senza stabilimento di produzione e produttori di apparecchiature originali (OEM) di semiconduttori. Oltre a disporre di propri impianti di produzione per gestire diversi processi o geometrie, questi OEM spesso collaborano con partner indipendenti per la produzione di linee di prodotto specifiche o per sfruttare competenze specializzate come nodi di processo avanzati o tecnologie di packaging.

Diversificazione geografica:
la diversificazione geografica della produzione di semiconduttori avverrà attraverso la cooperazione tra OEM, produttori indipendenti e governi per creare strategie a lungo termine, condividere l'onere degli investimenti e raccogliere i benefici in termini di progressi tecnologici, sviluppo economico e tutela ambientale grazie alla riduzione dei trasporti. Un esempio è l'annuncio di TSMC relativo alla costruzione, nel 2020, di un impianto di produzione di wafer a 5 nm negli Stati Uniti, in collaborazione con il governo statunitense. Si prevede che l'impianto produrrà 20.000 wafer al mese e che il suo costo di realizzazione supererà i 5 miliardi di dollari, con un investimento totale che raggiungerà i 12 miliardi di dollari nel prossimo decennio.

Naturalmente, la produzione di semiconduttori comprende una vasta gamma di competenze, dalla progettazione dei dispositivi all'inizio del ciclo di vita del prodotto IC alla fabbricazione dei wafer e alle successive fasi di lavorazione, inclusi il collaudo e il confezionamento. Tutto ciò può avvenire nella stessa fabbrica. In alternativa, i wafer o i chip nudi possono essere inviati ad altri stabilimenti specializzati nel confezionamento di singoli dispositivi o nell'assemblaggio di moduli, come moduli di potenza o di memoria.

Affinché la produzione sia distribuita in modo più equo a livello globale, al fine di servire meglio i clienti e ridurre l'impatto ambientale, è necessario che i fornitori di attrezzature siano in grado di offrire le capacità richieste dai produttori e di supportare attrezzature e processi in diverse località.

Requisiti per il packaging dei semiconduttori
Per quanto riguarda il packaging, le aziende, tra cui i produttori di semiconduttori (OEM), le fabbriche indipendenti, gli specialisti di packaging e moduli, nonché gli assemblatori di componenti a montaggio superficiale, necessitano di accedere a funzionalità avanzate di back-end come il wire bonding di precisione, il bonding di wafer e die, l'unicità e la rifilatura dei die e lo stampaggio.

Yamaha Motor Robotics ha già consolidato le proprie capacità nella gestione di wafer e die per i processi di back-end, con una selezione di sistemi di fissaggio flip-chip ad alta precisione e montatori ibridi che aumentano la produttività e riducono i costi di confezionamento combinando la gestione di più die con il posizionamento ad alta velocità di componenti a montaggio superficiale.

Negli ultimi due anni, l'azienda ha ampliato i propri investimenti nelle capacità di back-end combinando le proprie tecnologie di montaggio superficiale e robotica con l'esperienza di Shinkawa nel serraggio e il know-how di Apic Yamada nello stampaggio e nell'incapsulamento dei package. Da questa integrazione è nata Yamaha Robotics Holding Co., Ltd. (YRH), una nuova entità con competenze in tutto lo spettro dei processi di packaging dei semiconduttori, portando la filosofia "one-stop-shop" di Yamaha al mercato del back-end. La nuova società potrà sfruttare la rete europea di Yamaha per fornire vendite e supporto locali per l'automazione all'avanguardia, in previsione di una crescita della domanda di capacità di packaging locali in Europa.

Processi e soluzioni di back-end:
il portafoglio prodotti comprende il fissaggio di wafer e flip chip, con apparecchiature che offrono una precisione fino a ±5 µm in XY e ±0,5° in θ (3-sigma) e che incorporano funzionalità avanzate come un design a doppia testa con un'esclusiva tecnologia servoassistita che consente di risparmiare spazio e aumentare la produttività.
I ​​dispositivi di fissaggio dei wafer offrono flessibilità con supporto per il fissaggio a faccia in giù e a faccia in su, gestione di wafer sottili e supporto per l'impilamento 2.5D e 3D. I processi supportati includono il bonding a compressione termica di pasta non conduttiva (TCB-NCP), il bonding di film non conduttivo (TCB-NCF), la compressione termica e il riempimento capillare (TC-CUF) e il packaging di wafer standard e a ventaglio (FO-WLP). Il dispositivo di incollaggio per package Shinkawa FPB-1w NeoForce (Figura 1) elabora NCP/NCF/TC-CUF, C2 e C4 e FO-WLP, con commutazione automatica del tipo di prodotto.

Esistono anche macchine per il fissaggio dei fili che offrono una precisione di posizionamento di 2 µm e velocità elevate fino a 45 ms/2 mm, insieme al fissaggio di bump ad alta precisione utilizzando tecnologie che garantiscono qualità e controllo costanti per diverse dimensioni standard di wafer. La macchina per il fissaggio dei fili UTC5000NeoCu può gestire fili da 18 a 70 µm di diametro e offre praticità all'utente grazie a funzionalità come il controllo del gas inerte tramite selezione della forma e modelli che semplificano l'ottimizzazione del processo.

Figura1. FPB-1w NeoForce. Sigillatrice per incapsulamento multiprocesso.

Inoltre, la gamma comprende sistemi di stampaggio modulari (Figura 2) per processi quali stampaggio a compressione, stampaggio a trasferimento, stampaggio a iniezione e incapsulamento per il confezionamento di circuiti integrati e componenti, nonché per moduli come le centraline elettroniche per autoveicoli. È disponibile anche la tecnologia di stampaggio di precisione per telai guida a passo fine e ad alto numero di elementi. Queste stesse capacità consentono all'azienda di offrire piastre di taglio e formatura per guide di taglio e piegatura.

Figura 2. Sistema di stampaggio ad alte prestazioni

Grazie allo sviluppo di processi come la saldatura a ultrasuoni a bassa temperatura, rapida ed efficace nell'eliminare le sollecitazioni termiche su componenti e materiali, il portafoglio comprende anche apparecchiature per l'incapsulamento di specifiche tipologie di prodotti, ad esempio componenti a cristallo come oscillatori a temperatura controllata (TCXO) e filtri ad onde acustiche di superficie (SAW), nonché LED e circuiti integrati CMOS.

I sistemi di dosaggio di precisione di questa gamma sono in grado di gestire diversi processi, tra cui il dosaggio di materiali fluorescenti per LED, riempitivi e adesivi per l'assemblaggio di dispositivi a cristallo per applicazioni di controllo della frequenza. Le soluzioni per l'assemblaggio ad alta precisione e ad alta velocità di cristalli grezzi, la polimerizzazione di adesivi a basso contenuto di particelle, l'ispezione e il collaudo degli incapsulamenti, la sintonizzazione simultanea della frequenza di più cristalli e il test di temperatura dei TCXO offrono una suite completa di funzionalità per l'incapsulamento e il collaudo di dispositivi a cristallo.

Yamaha ha già lanciato una gamma di montatori flip-chip, tra cui il modello YSB55w, che vanta una precisione di ±5μm e funzionalità quali il prelievo simultaneo di 8 chip e il trasferimento simultaneo, consentendo una velocità di posizionamento di 13.000 UPH
.

Nel luglio 2021, Yamaha ha introdotto un importante aggiornamento alla sua gamma ibrida che combina il fissaggio dei chip sul retro e l'assemblaggio dei componenti di superficie. La nuova macchina, la YRH10 (Figura 3), aumenta la capacità produttiva del 50% rispetto alla generazione precedente e migliora la precisione di posizionamento a ±15 μm, grazie a nuove funzionalità tra cui una testa multi-ugello, cambi wafer accelerati e una compensazione termica migliorata.

Figura 3. Il dispositivo ibrido YRH10 per il fissaggio di chip flip-chip e il montaggio superficiale, lanciato nel 2021.

Se abbinato al sistema di fissaggio con filo conduttivo UTC5000NeoCu di Shinkawa, il YRH10 ha dimostrato un processo di assemblaggio completo per la produzione di microfoni MEMS. Questo processo include il posizionamento e il fissaggio del chip MEMS e dell'ASIC al substrato, l'interconnessione dei due chip tramite il fissaggio con filo conduttivo e il fissaggio del cappuccio metallico del package.

La YRH10 è stata inoltre abbinata alla macchina di posizionamento modulare ad alta velocità YSM10 di Yamaha per l'assemblaggio di moduli di potenza. Le due macchine si occupano del posizionamento dei chip IGBT sul substrato di rame a legame diretto (DBC), del montaggio del substrato sulla piastra di base termica del modulo, dell'applicazione dei preformati di saldatura per il collegamento tra chip e substrato e del collegamento dei relativi sensori e controller.

In conclusione:
aumentare la quota di produzione di semiconduttori in Europa può apportare benefici economici, logistici e ambientali, accorciando le catene di approvvigionamento e localizzando l'accesso ai circuiti integrati di nuova generazione. Sono state annunciate iniziative governative volte a coinvolgere i partner industriali. Oltre agli investimenti in impianti di progettazione e produzione, sono necessarie anche capacità di confezionamento di chip e moduli. L'investimento di Yamaha nelle tecnologie di automazione back-end, attraverso la creazione di Yamaha Robotic Holdings, offre ai produttori europei soluzioni avanzate.

Articolo fornito dalla sezione SMT di Yamaha Robotics.