As principais economias dependem do fornecimento de semicondutores para impulsionar a inovação de alta tecnologia que esperam manter na vanguarda da prosperidade. Não é surpresa, portanto, que desejem fomentar uma indústria nacional de semicondutores robusta para garantir a sua posição e abordar as preocupações com os transportes, as cadeias de abastecimento e o ambiente.
O setor dos semicondutores está atualmente avaliado em mais de 500 mil milhões de dólares em todo o mundo. A UE manifestou a intenção de investir em tecnologias avançadas de semicondutores para aumentar a proporção da produção mundial de semicondutores dentro das suas fronteiras, que se situa atualmente nos 10%. Tendo já prometido 145 mil milhões de euros para projetos digitais, pretende fomentar parcerias industriais e aprovar financiamento adicional.
Qualquer mudança na localização do fabrico de semicondutores ocorrerá provavelmente através de uma combinação de expansão das instalações existentes e construção de novas. Atualmente, as maiores empresas de fabrico de wafers são especialistas independentes localizados no Extremo Oriente que trabalham com empresas de semicondutores em todo o mundo. Os seus clientes incluem empresas de design de chips sem fábrica própria e fabricantes de equipamento original (OEMs) de semicondutores. Além de possuírem as suas próprias instalações de fabrico para lidar com diversos processos ou geometrias, estes OEM colaboram frequentemente com parceiros independentes para fabricar linhas de produtos específicas ou aproveitar recursos especializados, como nós de processo avançados ou tecnologias de embalagem.
Diversificação Geográfica:
A diversificação geográfica do fabrico de semicondutores ocorrerá através da cooperação entre OEMs (Original Equipment Manufacturers), fabricantes independentes e governos para criar estratégias a longo prazo, partilhar o fardo do investimento e colher os benefícios sob a forma de avanços tecnológicos, desenvolvimento económico e proteção ambiental através da redução do transporte. Exemplo disso é o anúncio da TSMC de que irá construir uma fábrica de wafers de 5 nm nos EUA em 2020, em colaboração com o governo americano. Espera-se que a fábrica produza 20.000 wafers por mês e custe mais de 5 mil milhões de dólares para ser construída, com um investimento total a atingir os 12 mil milhões de dólares na próxima década.
Naturalmente, o fabrico de semicondutores abrange uma vasta gama de competências, desde o design de dispositivos no início do ciclo de vida do produto de circuitos integrados até ao fabrico de wafers e processamento subsequente, incluindo testes e encapsulamento. Tudo isto pode ocorrer na mesma fábrica. Em alternativa, podem ser enviados wafers ou chips para outras instalações especializadas no encapsulamento de dispositivos individuais ou na montagem de módulos, como módulos de energia ou de memória.
Para que a produção seja distribuída de forma mais equitativa a nível global, de forma a melhor servir os clientes e reduzir o impacto ambiental, é necessário que os fornecedores de equipamentos sejam capazes de oferecer os recursos que os fabricantes necessitam e de suportar equipamentos e processos em diversas localizações.
Demandas de Embalagem de Semicondutores:
No que diz respeito à embalagem, as empresas, incluindo OEMs de semicondutores, fábricas independentes, especialistas em embalagens e módulos, bem como montadores de montagem em superfície, precisam de ter acesso a características avançadas de back-end, tais como ligação de fios de precisão, ligação de wafers e chips, personalização e corte de chips e moldagem.
A Yamaha Motor Robotics já consolidou a sua capacidade no manuseamento de wafers e chips para processos de back-end, com uma seleção de fixadores flip-chip de alta precisão e montadores híbridos que aumentam a produtividade e reduzem os custos de embalagem, combinando o manuseamento de múltiplos chips com a colocação de componentes de montagem superficial a alta velocidade.
Nos últimos dois anos, a empresa expandiu os seus investimentos em recursos de back-end, combinando as suas próprias tecnologias de montagem em superfície e robótica com a expertise em fixação da Shinkawa e o conhecimento em moldagem e encapsulamento de embalagens da Apic Yamada. Esta integração criou a Yamaha Robotics Holding Co., Ltd. (YRH), uma nova entidade com expertise em todo o espectro de processos de embalagem de semicondutores, levando a filosofia de solução completa da Yamaha para o mercado de back-end. A nova empresa poderá aproveitar a rede europeia da Yamaha para fornecer vendas e suporte locais para a automatização de ponta, dado que a procura por recursos locais de embalagem na Europa deverá crescer.
Processos e Soluções Back-End:
O portfólio de produtos abrange a fixação de wafers e flip chip, com equipamentos que oferecem uma precisão até ±5 µm em XY e ±0,5° em θ (3-sigma) e incorporam características avançadas, como um design de cabeça dupla com tecnologia de servo-acionamento única que poupa espaço e aumenta a produtividade.
Os fixadores de wafers oferecem flexibilidade com suporte para fixação com a face para baixo e para cima, manuseamento de wafers finos e suporte para empilhamento 2.5D e 3D. Os processos suportados incluem a colagem por compressão térmica de pasta não condutora (TCB-NCP), a colagem de película não condutora (TCB-NCF), a compressão térmica e o preenchimento capilar (TC-CUF) e o encapsulamento de wafers standard e em formato de leque (FO-WLP). A Shinkawa FPB-1w NeoForce Package Bonder (Figura 1) processa NCP/NCF/TC-CUF, C2 e C4 e FO-WLP, com troca automática do tipo de produto.
Existem também máquinas de fixação de fios que oferecem uma precisão posicional de 2 µm e altas velocidades até 45 ms/2 mm, juntamente com uma fixação de bumps de alta precisão utilizando tecnologias que garantem uma qualidade e um controlo consistentes para vários tamanhos de wafers standard. A máquina de fixação de fios UTC5000NeoCu pode lidar com fios de 18 a 70 µm de diâmetro e oferece conveniência ao utilizador através de características como o controlo de gás inerte através da seleção de formato e modelos que simplificam a otimização do processo.
Figura1. FPB-1w NeoForce. Seladora de encapsulamento multiprocesso
Além disso, a gama inclui sistemas de moldagem modular (Figura 2) para processos como a moldagem por compressão, moldagem por transferência, moldagem por injeção e encapsulamento para acondicionamento de circuitos integrados e componentes, bem como para módulos como ECUs automóveis. A tecnologia de estampagem de ferramentas de precisão também está disponível para guias de alta precisão e passo fino. Estas mesmas capacidades permitem à empresa oferecer bases de corte e conformação para guias de corte e quinagem.
Figura 2. Sistema de moldagem de alto desempenho
Através do desenvolvimento de processos como a colagem ultrassónica a baixa temperatura, que é rápida e elimina o stress térmico em componentes e materiais, o portefólio inclui também equipamentos para encapsular tipos específicos de produtos, por exemplo, componentes de cristal como osciladores controlados por temperatura (TCXOs) e filtros de ondas acústicas de superfície (SAW), bem como LEDs e circuitos integrados CMOS.
Os sistemas de dispensação de precisão desta gama podem lidar com diversos processos, incluindo a dispensação de materiais fluorescentes para LEDs, cargas e adesivos para a montagem de dispositivos de cristal para aplicações de controlo de frequência. Soluções para montagem de alta precisão e alta velocidade de cristais brutos, cura de adesivos com baixa concentração de partículas, inspeção e teste de encapsulamentos, ajuste simultâneo de frequência de múltiplos cristais e teste de temperatura de TCXO oferecem um conjunto abrangente de características para encapsulamento e teste de dispositivos de cristal.
A Yamaha já lançou uma gama de fabricantes de automóveis de flip-chip, incluindo o fabricante de flip-chip YSB55w, que possui uma precisão de ±5μm e características como a recolha simultânea de 8 chips e a transferência simultânea, permitindo uma velocidade de colocação de 13.000 UPH
.
Em julho de 2021, a Yamaha apresentou uma grande atualização para a sua linha híbrida que combina a fixação de chips na parte traseira e a montagem de componentes de superfície. A nova máquina, a YRH10 (Figura 3), aumenta a capacidade de produção em 50% em comparação com a geração anterior e eleva a precisão de posicionamento para ±15 μm, graças a novas características, incluindo uma cabeça com múltiplos bicos, trocas de wafers aceleradas e compensação térmica melhorada.
Figura 3. A máquina híbrida de fixação flip-chip e montagem superficial YRH10, lançada em 2021.
Em conjunto com o sistema de fixação de fios condutores UTC5000NeoCu da Shinkawa, o YRH10 demonstrou um processo de montagem completo para a produção de microfones MEMS. Este processo inclui o posicionamento e fixação do chip MEMS e do ASIC ao substrato, a interligação dos dois chips através da fixação com fios condutores e a fixação da tampa metálica do encapsulamento.
A YRH10 foi também combinada com a máquina de colocação modular de alta velocidade YSM10 da Yamaha para a montagem do módulo de potência. As duas máquinas realizam a colocação dos chips IGBT no substrato de cobre de ligação direta (DBC), a montagem do substrato na placa de base térmica do módulo, a aplicação das pré-formas de solda para a ligação do chip ao substrato e a fixação dos sensores e controladores associados.
Conclusão:
Aumentar a quota de fabrico de semicondutores na Europa pode trazer benefícios económicos, logísticos e ambientais, encurtando as cadeias de abastecimento e localizando o acesso a circuitos integrados de última geração. Foram anunciadas iniciativas governamentais, procurando a participação de parceiros industriais. Além do investimento em instalações de design e fabrico, são também necessárias capacidades de embalagem de chips e módulos. O investimento da Yamaha em tecnologias de automatização de back-end, através da criação da Yamaha Robotic Holdings, fornece aos fabricantes europeus soluções avançadas.
Artigo fornecido pela secção SMT da Yamaha Robotics
