La misurazione della forza piezodinamica migliora la produzione di semiconduttori Il mondo dell’elettronica

Robert Hillinger, Responsabile dello sviluppo aziendale, Gruppo Kistler

La domanda di semiconduttori è in aumento a causa dei progressi nel 5G, dell’IoT, dei big data e dell’introduzione di nuove tecnologie. Man mano che i requisiti delle applicazioni diventano più complessi, aumenta anche la necessità di semiconduttori a prestazioni più elevate, il che rende più difficile la produzione di semiconduttori.

Gli approcci tradizionali al controllo di processo, come l’uso di sensori ottici e di spostamento in combinazione con i test elettrici, non possono soddisfare queste esigenze. Tuttavia, le misurazioni della forza dinamica mediante sensori piezoelettrici si sono dimostrate un modo efficace per controllare il processo di produzione. La forza aggiuntiva del processo è la produzione di semiconduttori in entrambi i processi front-end come molatura, lucidatura, CMP e delaminazione di wafer e processi back-end come stampaggio di telai di piombo, matrici, incollaggio, sigillatura e smistamento di fili e wafer. È un fattore importante per farlo. .. Le deviazioni nelle forze applicate durante questi processi rappresentano stress meccanico e possono portare a problemi di qualità. Pertanto, la misurazione della forza è un parametro importante per ottenere un controllo più rigoroso del processo ed evitare sollecitazioni meccaniche causate, ad esempio, dall’usura degli utensili, dai cambiamenti nel comportamento dei materiali o dai malfunzionamenti delle macchine nella produzione di semiconduttori. .. Questo permette all’utente di associare il segnale di forza ad un particolare parametro di qualità del prodotto.

Misurazione della potenza della pressione

La misurazione della forza piezoelettrica ha dimostrato di essere un modo molto efficiente per monitorare, controllare e ottimizzare la produzione di semiconduttori. Il principio di funzionamento si basa sull’effetto piezoelettrico e i materiali piezoelettrici (PE) come i cristalli generano cariche linearmente proporzionali in risposta alla pressione. Elevata linearità significa misurazioni altamente accurate nell’intervallo da 0,1 N a 100 kN.

Un altro vantaggio è che l’effetto PE si verifica nella direzione della forza e diagonalmente come effetto di taglio, consentendo al sensore PE di essere integrato nell’applicazione in modi diversi. A causa della sua rigidità, è estremamente sensibile agli sbalzi di forza.

Il sensore PE viene utilizzato come parte della configurazione della misurazione, non come singola unità di misura. Ad esempio, un sensore PE misura la forza e un amplificatore di carica la converte per fornire un controllore logico programmabile (PLC) o un PC industriale con un segnale uguale alla forza misurata. Vedi figura 1.

Figura 1: Sensore lavacarico PE con amplificatore di carica e controller logico programmabile

Il software consente di visualizzare ogni fase di produzione in una curva (forza/tempo o spostamento) per una facile conferma della qualità. Gli utenti possono anche utilizzare oggetti di valutazione per adattare la valutazione della curva alle singole attività di monitoraggio. Con questo approccio, puoi controllare ogni fase di produzione per determinare se una parte è difettosa o buona.

Oltre all’hardware e al software per il monitoraggio dei processi, Kistler offre un’ampia gamma di sensori PE e amplificatori di carica. Gli utenti possono scegliere il sensore migliore per la loro applicazione e lo spazio disponibile. L’amplificatore di carica ottimale può essere selezionato in base al numero di canali, all’intervallo di misurazione e al tipo (statico/dinamico), al segnale di uscita analogico o digitale e all’intervallo di frequenza. Oltre al design accuratamente selezionato e ai componenti della catena di misura, i buoni metodi di misura includono l’evitare variazioni di accelerazione e temperatura durante la misura. Se è inevitabile, è necessario adottare misure per superarne le conseguenze. Inoltre, gli utenti devono isolare e instradare adeguatamente i cavi e compensare i salti di ripristino/operazione, ad esempio utilizzando il sistema di valutazione maXYmos di Kistler o PLC.

Le misurazioni in linea (ovvero quando i sensori di forza sono montati sulla struttura meccanica di dispositivi a semiconduttore) offrono un potenziale importante. Il sensore in linea, insieme all’amplificatore di carica e all’unità di valutazione del processo, consente all’utente di registrare e valutare la forza applicata. Puoi ottimizzare il tuo processo di produzione in base ai dati di assemblaggio che raccogli. La catena di misura in linea può misurare e registrare la forza di ogni fase di produzione, rendendola adatta per l’ispezione automatizzata di articoli prodotti in serie e richiede anche la tracciabilità di ogni articolo di produzione.

Misurazione accurata

La risoluzione è definita come la capacità di un sistema di misurazione di rilevare e indicare con precisione piccoli cambiamenti nelle caratteristiche di un risultato di misurazione. Anche con una forza ridotta di 1 N, le misurazioni della forza PE possono raggiungere risoluzioni inferiori a 0,01 N. Inoltre, le misurazioni PE hanno leve di qualità come la riproducibilità e l’accuratezza seriale per determinare l’accuratezza delle misurazioni ripetute tra le stesse fasi di produzione. Gli utenti possono trarne vantaggio per utilizzare misurazioni relative anziché misurazioni assolute.

Tradizionalmente, la tecnologia di misurazione della potenza della pressione è stata utilizzata principalmente per la verifica della macchina e l’incollaggio di fili di precisione, la levigatura e la lucidatura di wafer. Oggi questa tecnologia viene utilizzata in un numero sempre maggiore di applicazioni nell’industria dei semiconduttori. Viene utilizzato non solo nei processi front-end e back-end, ma anche nei processi di test come l’ordinamento e la registrazione. Vedi tabella 1.

I produttori traggono vantaggio dalla lunga durata e dalle dimensioni compatte di questi sensori. I meriti della produzione stessa sono diversi. Migliora le prestazioni della macchina in termini di velocità e precisione, migliora la qualità degli articoli di produzione, riduce il tasso di guasto di ppm e, infine, riduce i costi.

Fasi del processo di produzione Integrazione delle misurazioni della forza
caratteristica vantaggio Valore aggiunto
fine frontale Lucidatura Lucidatura CMP PicingLaminazioneDelaminazione Manipolazione Migliora la precisione e il controllo della deportanza. Ad esempio, usa una testina per macinare i wafer. Monitorare la forza applicata durante la laminazione e selezionare e posizionare. Traccia le forze durante i processi di produzione critici. Controllare la planarità e i limiti di forza Identificare l’usura delle parti meccaniche come le piastre di pressione Garantire prestazioni costanti durante la lucidatura, la molatura, la pulizia e la sminuzzatura dei wafer Ridurre i difetti dei wafer Miglioramento delle prestazioni meccaniche come velocità e precisione Miglioramento della qualità e riduzione dei costi
back-end Stampaggio di telai di piombo Legante per matrici Legante per fili Flip Chip Incollaggio per wafer Incollaggio per compressione termica Sinterizzazione Matrici Ordinamento Sigillatura Stampaggio Il controllo della testa del bonder ad anello completo mediante misurazione della forza migliora la precisione del bonding. Monitorare le forze applicate, ad esempio durante i processi di incollaggio e/o pick-and-place. Monitoraggio della pressione in cavità Tracciamento delle forze nei processi critici dei semiconduttori Mantiene importanti variabili fisiche di forza all’interno della tolleranza durante le giunzioni, i prelievi e i posizionamenti. Controllare planarità e parallelismo. Identificare l’usura delle parti della macchina. Riduce i difetti dello stampo.
test Tester di resistenza alla trazione Bond Gestore di test di smistamento e nastratura (Pick and Place, torretta) Controllare la forza del monitoraggio della coesione durante il processo di prelievo e posizionamento Garantire il processo di identificazione delle deviazioni

Tabella 1: Processi di produzione di semiconduttori che richiedono la misurazione della forza

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