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后时代的“摩尔定律”

封装作用更加重要

摩尔定律,其实并非一个科学定律:1965年,英特尔联合创始人戈登摩尔预测,单个芯片上的晶体管数量大约每两年翻一番,而成本只会有极小的增加 。该预测被称为摩尔定律,单个设备上的晶体管或组件越多,在单个设备性能提升的同时,其成本却在降低,世界的数字化在过去几年里急剧加速,而半导体产业及其创新强化了数字化进程。


封装的作用更加重要

封装的作用及其对摩尔定律微缩的贡献正在演进。直到2010年代,封装的主要作用是在主板和芯片之间传输电源和信号,并保护芯片。从引线键合技术和引线框架封装,到陶瓷基板上的倒装芯片技术,再到对有机基板的采用和多芯片封装的引入,彼时的每一次演进都增加了连接数量。这些连接能支持芯片中的更多功能,而这也是摩尔定律微缩所需的。封装是实现摩尔定律效益的载体。


展望未来,随着进入先进封装时代,我们看到封装带来了晶体管密度的提升。 随着进入先进封装时代,这些2D和3D堆叠技术为架构师和设计师提供了工具,以进一步增加单个设备的晶体管数量,并将有助于实现摩尔定律所需的微缩。

中国发展扩张

印度想着模仿

为了发展半导体产业,我国对半导体产业进行了大量的投资。此前,外媒就报道我国制定了一项“芯片对抗”计划,投入万亿美元用于解决我国“芯片荒”问题。在市场的庞大需求和不遗余力地发展下,我国不少半导体企业也是更上一层楼,实现了新的突破。

在我国半导体产业获得不菲成绩,优秀半导体企业获取丰厚利润之后,邻国印度印度似乎也有了自己的想法:根据该计划,印度将投资7600亿卢比专门用于发展半导体和显示器制造生态,并将在本土建立半导体工厂,其中一半用来建设28nm以上制程工艺供应链,另一半专攻28nm以下的先进制程。


对于印度来说,在落后全球顶尖半导体技术的前提之下,这种决定叶斌不意外:作为世界上国土面积仅次于我国的国家(人口也超过了我国),对于芯片的需求巨大。然而我们,客观分析一下,对于曾经想用牛粪造芯片的印度来说,这个目标好实现吗?

印度的芯片,也都是进口的

近些年,印度的半导体消费量快速增长有关,其半导体消费量从2013年的100.2亿美元增加到2020年的525.8亿美元。2013年,印度进口电子设备价值335亿美元。根据市场调研,随着不断壮大的中产阶级购买更多数码设备,到次年,半导体等硬件商品的进口总额超过420亿美元。这种依赖芯片进口的局面,严重影响印度制造业的发展。由于半导体芯片短缺和原材料成本飙升扰乱了印度最大汽车制造商的生产。此外,印度各种手机、工业设备加工也价格也水涨船高。这极大影响了印度产品的出口额。

这些惨痛的教训都在促使印度人开始思考自己发展芯片产业,甚至还制定过宏大战略,要将印度打造成为“芯片”大国。2018年4月,印度政府发布芯片战略,野心极大,下令印度电子工业部准备在每一个邦都建立一个特大经济特区,专门搞芯片制造。芯片产业遍地开花,印度当时宣称要在2020年实现芯片完全国产化,从而使印度获得强大的技术自主能力,印度也将一跃而成变为芯片科技大国。


印度在芯片产业有些基础

印度的IT企业在服务外包领域达到了顶尖水平,而且坐拥大量的芯片设计人才。印度目前每年大约设计2000个芯片,目前有超过20000名工程师从事IC设计和验证的各个方面。许多大型的国际计算机、互联网,甚至芯片公司将一部分产业或者职能外包给印度,甚至连高通都把一些偏门的研究业务交给了印度公司。但是,整个印度芯片产业依然呈现极度不平衡状态,那就是芯片设计很突出,但是在芯片制造方面,印度的水平就非常落后了,印度基本上没有什么芯片代工厂,主要还是找马来西亚、韩国、美国等代工厂来生产。


印度芯片产业化难破局

首先,印度缺乏大批有素质的工人

芯片制造行业属于知识密集型行业,需要具备一定素质的工人群体,但是目前,全印度文盲率高居不下。目前,印度仍然有超过50%的劳动力在从事农业生产,而从事工业生产的劳动力还不到25%,这也是印度工业化进程相对较慢造成的。所以,如果没有大量受过专业训练,并且拥有一定知识储备的工人,那么芯片商也很难找到合适的工人来填充工厂。

其次,基础设施落后

制造芯片需要超净生产环境,稳定的电流。印度人均用电量只有世界平均水平的20%。造好之后,作为精密件,则需要稳定的运输。这点在印度很多地方都难以满足。印度目前的基础设施水平,连普通厂商入驻都难以满足。早期,美国人大举进军印度市场,并成为印度的头号“财主”。接着,美国人投资建厂之后不久发现,印度的工厂经常无故停电。

最后,印度营商环境堪忧

根据世界银行发布的《全球营商环境报告2020》,印度营商环境的排名为第63,有所提高。但是,纵观市场环境:还是缺少本地生态建设。因为印度的上层电子产品基本都属于国外品牌,以手机市场为例,在印度手机市场占据前五名的,除了三星之外,其余都是我国品牌的手机。包括小米、VIVO、OPPO等。也就是说,在我国市场,我们生产芯片可以应用在自己的产品上。而印度,生产了芯片,市场却还是我们的市场。


关于芯片焊接

芯片的焊接是指半导体芯片与载体(封装壳体或基片)形成牢固的、传导性或绝缘性连接的技巧。焊接层除了为器件提供机械连接和电连接外,还须为器件提供良好的散热通道。但是,因芯片焊接(粘贴)不良造成的失效也越来越引起了人们的重视,因为这种失效往往是致命的,不可逆的。而在各种失效情况下,有多种基于环境所造成的问题,是最不容忽视的。

芯片背面氧化

器件生产过程中,焊接前往往先在芯片背面蒸金。在Au-Si共晶温度下,Si会穿透金层而氧化生成SiO2,这层SiO2会使焊接浸润不均匀,导致焊接强度下降。即便在室温下,硅原子也会通过晶粒间的互扩散缓慢移动到金层表面。

因此,在焊接时保护气体N2必须保证足够的流量,最好加入部分H2进行还原。芯片的保存也应引起足够的重视,不仅要关注环境的温湿度,还应考虑到其将来的可焊性,对于长期不用的芯片应放置在氮气柜中保存。


基片清洁度差

基片被沾污、有部分油渍或氧化会严重影响焊接面的浸润性。这种沾污在焊接过程中是较简单观察到的,这时必须对基片进行再处理。要解决芯片微焊接不良问题,必须明白不同技巧的机理,逐一分析各种失效模式,及时发现影响焊接(粘贴)质量的不利因素,同时严格生产过程中的检验,加强制造环境管理,才能有效地避免因芯片焊接不良对器件可靠性造成的潜在危害。

所以在芯片制造的过程中

如果能配合手套箱进行生产环境保护

就能有效的避免这些问题


半导体芯片手套箱

半导体芯片手套箱是专门为研究材料科学、化学、半导体及相关行业所设计的,主要配置除烟尘系统、真空烘箱、水冷系统,适用于激光焊接。采用德国BASF除氧材料,美国UOP高效吸水材料,手套箱内水氧成份可长期持续维持在高清洁与高纯度的气体环境中,手/自动控制系统气压;手/自动控制系统的净化状态;自动控制气体净化系统的还原过程;自动提示、报警功能;系统控制参数设置;系统参数记录;系统执行机构工况监测;透明的前面板使操作更方便容易,广泛应用于半导体工业中MOCVD技术。

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