Крупнейшие экономики зависят от поставок полупроводников для стимулирования высокотехнологичных инноваций, которые они надеются сохранить на переднем крае процветания. Поэтому неудивительно, что они стремятся развивать здоровую отечественную полупроводниковую промышленность, чтобы укрепить свои позиции и решить проблемы, связанные с транспортировкой, цепочками поставок и окружающей средой.
В настоящее время объем мирового рынка полупроводников оценивается более чем в 500 миллиардов долларов. ЕС заявил о своем намерении инвестировать в передовые полупроводниковые технологии, чтобы увеличить долю производимых в мире полупроводников внутри своих границ, которая в настоящее время составляет 10%. Уже выделив 145 миллиардов евро на цифровые проекты, ЕС стремится развивать промышленное партнерство и утвердить дальнейшее финансирование.
Любое изменение местоположения предприятий по производству полупроводников, скорее всего, произойдет за счет сочетания расширения существующих мощностей и строительства новых. В настоящее время крупнейшими компаниями по производству кремниевых пластин являются независимые специалисты, расположенные на Дальнем Востоке и работающие с полупроводниковыми компаниями по всему миру. Среди их клиентов — компании, занимающиеся проектированием микросхем без собственного производства, и производители оригинального оборудования (OEM) в полупроводниковой отрасли. Помимо наличия собственных производственных мощностей для обработки различных процессов или геометрических форм, эти OEM-производители часто сотрудничают с независимыми партнерами для производства конкретных производственных линий или использования специализированных возможностей, таких как передовые технологические процессы или технологии упаковки.
Географическая диверсификация:
Географическая диверсификация производства полупроводников будет происходить за счет сотрудничества между OEM-производителями, независимыми производителями и правительствами для разработки долгосрочных стратегий, распределения инвестиционного бремени и получения выгод в виде технологических достижений, экономического развития и защиты окружающей среды за счет сокращения транспортных расходов. Примером может служить объявление TSMC о строительстве в США завода по производству 5-нм кремниевых пластин в 2020 году при сотрудничестве с правительством США. Ожидается, что завод будет производить 20 000 пластин в месяц, а его строительство обойдется более чем в 5 миллиардов долларов, при этом общие инвестиции в течение следующего десятилетия достигнут 12 миллиардов долларов.
Разумеется, производство полупроводников включает в себя широкий спектр навыков, от проектирования устройств на начальном этапе жизненного цикла интегральной схемы до изготовления пластин и последующей обработки, включая тестирование и упаковку. Все это может происходить на одном и том же заводе. В качестве альтернативы, готовые пластины или кристаллы могут быть отправлены на другие предприятия, специализирующиеся на упаковке отдельных устройств или сборке модулей, таких как силовые или запоминающие модули.
Для более справедливого распределения производства в глобальном масштабе, улучшения обслуживания клиентов и снижения воздействия на окружающую среду, поставщикам оборудования необходимо предоставлять производителям необходимые возможности, а также обеспечивать поддержку оборудования и процессов в различных местах.
Требования к упаковке полупроводников.
Что касается упаковки, компаниям, включая производителей полупроводниковых компонентов, независимые заводы, специалистов по упаковке и модулям, а также сборщиков поверхностного монтажа, необходим доступ к передовым технологиям на заключительном этапе производства, таким как прецизионное проволочное соединение, соединение пластин и кристаллов, уникальность и обрезка кристаллов, а также литье.
Компания Yamaha Motor Robotics уже продемонстрировала свои возможности в области обработки кремниевых пластин и кристаллов для заключительных этапов производственных процессов, предлагая ряд высокоточных устройств для фиксации микросхем методом флип-чип и гибридных монтажных устройств, которые повышают производительность и снижают затраты на упаковку за счет сочетания обработки нескольких кристаллов с высокоскоростной установкой компонентов поверхностного монтажа.
За последние два года компания расширила свои инвестиции в производственные мощности, объединив собственные технологии поверхностного монтажа и робототехники с опытом Shinkawa в области зажимных устройств и ноу-хау Apic Yamada в области литья и инкапсуляции корпусов. В результате этой интеграции была создана Yamaha Robotics Holding Co., Ltd. (YRH) — новое подразделение, обладающее опытом во всем спектре процессов упаковки полупроводников, что позволяет Yamaha применять свой комплексный подход на рынке производственных мощностей. Новая компания сможет использовать европейскую сеть Yamaha для обеспечения локальных продаж и поддержки передовых решений в области автоматизации, поскольку ожидается рост спроса на локальные возможности по упаковке в Европе.
Технологические процессы и решения для обработки пластин:
Ассортимент продукции включает в себя оборудование для фиксации пластин и флип-чипов, обеспечивающее точность до ±5 мкм по осям XY и ±0,5° по θ (3-сигма), а также передовые функции, такие как двухголовочная конструкция с уникальной сервоприводной технологией, которая экономит место и повышает производительность.
Устройства для фиксации пластин обеспечивают гибкость благодаря поддержке фиксации лицевой стороной вниз и лицевой стороной вверх, обработке тонких пластин и поддержке 2,5D и 3D-стекирования. Поддерживаемые процессы включают термокомпрессионную сварку непроводящей пасты (TCB-NCP), сварку непроводящей пленкой (TCB-NCF), термокомпрессионную сварку и капиллярное заполнение (TC-CUF), а также стандартную и веерообразную упаковку пластин (FO-WLP). Устройство для бондеринга корпусов Shinkawa FPB-1w NeoForce (рис. 1) обрабатывает NCP/NCF/TC-CUF, C2 и C4, а также FO-WLP с автоматическим переключением типов продукции.
Также существуют машины для фиксации проволоки, обеспечивающие точность позиционирования 2 мкм и высокую скорость до 45 мс/2 мм, а также высокоточную фиксацию контактных площадок с использованием технологий, гарантирующих стабильное качество и контроль для различных стандартных размеров пластин. Машина для фиксации проволоки UTC5000NeoCu может работать с проволокой диаметром от 18 до 70 мкм и обеспечивает удобство для пользователя благодаря таким функциям, как контроль инертного газа посредством выбора формы и шаблоны, упрощающие оптимизацию процесса.
Рисунок1. FPB-1w NeoForce. Многофункциональный инкапсуляционный герметик.
Кроме того, ассортимент включает модульные системы литья (рис. 2) для таких процессов, как компрессионное формование, трансферное формование, литье под давлением и инкапсуляция для упаковки интегральных схем и компонентов, а также для модулей, таких как автомобильные ЭБУ. Также доступна технология прецизионной штамповки инструментов для направляющих с большим числом и малым шагом. Эти же возможности позволяют компании предлагать режущие и формовочные пластины для направляющих резки и гибки.
Рисунок 2. Высокоэффективная система формования
Благодаря разработке таких процессов, как низкотемпературная ультразвуковая сварка, которая является быстрой и исключает термическое напряжение на компонентах и материалах, в портфолио также входит оборудование для герметизации определенных типов продукции, например, кристаллических компонентов, таких как терморегулируемые генераторы (TCXO) и фильтры поверхностных акустических волн (SAW), а также светодиодов и интегральных схем CMOS.
Системы точного дозирования этого диапазона способны обрабатывать различные процессы, включая дозирование люминесцентных материалов для светодиодов, наполнителей и клеев для сборки кристаллических устройств в приложениях управления частотой. Решения для высокоточной и высокоскоростной сборки исходных кристаллов, отверждения клеев с низким содержанием частиц, контроля и тестирования герметизации, одновременной настройки частоты нескольких кристаллов и температурного тестирования TCXO обеспечивают полный набор возможностей для герметизации и тестирования кристаллических устройств.
Компания Yamaha уже выпустила линейку устройств для монтажа микросхем методом флип-чип, включая модель YSB55w, которая обеспечивает точность ±5 мкм и имеет возможности одновременного захвата 8 микросхем и одновременной передачи, что позволяет достигать скорости установки 13 000 микросхем в час
.
В июле 2021 года компания Yamaha представила масштабное обновление своей гибридной линейки, объединяющей этапы закрепления микросхем и поверхностной сборки компонентов. Новая машина, YRH10 (рис. 3), увеличивает производительность на 50% по сравнению с предыдущим поколением и повышает точность позиционирования до ±15 мкм благодаря новым функциям, включая многосопловую головку, ускоренную замену пластин и улучшенную термокомпенсацию.
Рисунок 3. Гибридный модуль для фиксации и поверхностного монтажа микросхем YRH10, выпущенный в 2021 году.
В сочетании с системой фиксации проводящими проводами Shinkawa UTC5000NeoCu, YRH10 продемонстрировал полный процесс сборки для производства MEMS-микрофонов. Этот процесс включает в себя позиционирование и фиксацию MEMS-чипа и ASIC на подложке, соединение двух чипов с помощью фиксации проводящими проводами и прикрепление металлического колпачка корпуса.
YRH10 также используется в сочетании с высокоскоростной модульной машиной Yamaha YSM10 для сборки силовых модулей. Обе машины выполняют размещение IGBT-чипов на медной подложке прямого монтажа (DBC), крепление подложки к теплоотводящей пластине модуля, нанесение припоя для соединения чипов и подложки, а также установку соответствующих датчиков и контроллеров.
Заключение:
Увеличение доли производства полупроводников в Европе может принести экономические, логистические и экологические выгоды за счет сокращения цепочек поставок и локализации доступа к интегральным схемам следующего поколения. Были объявлены правительственные инициативы, направленные на привлечение промышленных партнеров. Помимо инвестиций в проектные и производственные мощности, необходимы также возможности по упаковке микросхем и модулей. Инвестиции Yamaha в технологии автоматизации производства, осуществленные посредством создания Yamaha Robotic Holdings, предоставляют европейским производителям передовые решения.
Статья предоставлена подразделением SMT компании Yamaha Robotics.
