eng
Выпуск #7/2011
А.Чабанов
Технология разварки медной проволокой в электронной промышленности. Прошлое, настоящее, будущее
Технология разварки медной проволокой в электронной промышленности. Прошлое, настоящее, будущее
Просмотры: 2724
Медь – интересный и перспективный материал для технологии проволочной разварки. По сравнению с золотом и алюминием она обеспечивает лучший отвод тепла и обладает большей электропроводностью. Медь может развариваться как по принципу "клин-клин", так и по принципу "шарик-клин", она обладает хорошими механическими свойствами и, что очень важно, гораздо дешевле золота. За последние годы метод разварки медной проволокой получил широкое распространение. Мировая промышленность готовится к широкому внедрению этой технологии и к полному переводу на нее в самом ближайшем будущем ряда производств.
Теги: new wire soldering technologies новые технологии разварки проволоки ic production economics экономика производства микросхем
Динамика рынка и прогнозы
По данным Глобальной ассоциация по микроэлектронике SEMI (на январь 2011 года), доля выполненных по технологии разварки медной проволокой изделий в 2010 году составила 10% от всего объема продукции с применением разварки проволокой. В 2007 году этот же показатель был равен всего лишь 1,6%. В планах промышленных лидеров контрактной сборки – к концу 2011 года увеличить этот показатель более чем на 30%. PBGA-компоненты с количеством выводов до 780 успешно производятся с применением медной проволоки (выход годных около 99%). Многие производители уже массово выпускают 18-мкм медную проволоку, 15-мкм же только начинают выпускать. Некоторые проектные организации, не обладающие собственными производственными мощностями (fabless), уже сейчас анонсировали использование медной проволоки во всех новых выпускаемых изделиях с применением разварки. Японские производители начали подготовку к переводу ряда серийных изделий на медную проволоку. Основные этапы развития технологии разварки медной проволокой показаны на рис.1.
По прогнозам компании Kulicke and Soffa, мирового лидера в области производства микросварочного оборудования, количество производимых по технологии разварки медной проволокой компонентов будет постоянно расти и к 2015 году составит 48% от общего количества выпускаемых микросхем.
Кроме этого, в 2015 году ожидается и существенное уменьшение доли рынка, которая занята системами разварки только золотой проволокой. Также уменьшится количество выпускаемых систем, которые можно дооснастить для работы с медной проволокой. Одновременно с этим доля установок разварки, работающих только с медной проволокой, увеличится примерно в 2,5 раза. Речь идет о микросварочном оборудовании, выполняющем межсоединения по принципу "шарик-клин" (рис.2).
Сложности технологии
У технологии разварки медной проволокой есть ряд серьезных проблем, которые усложняют ее применение. Но все эти проблемы известны, исследованы и уже решены.
Во-первых, процесс формирования шарика для первой сварки требует контролируемой атмосферы формер-газа при строго определенных параметрах его концентрации и потока. Это позволяет получить надежно повторяемые геометрические параметры шарика. Использование медной проволоки с палладиевым покрытием толщиной 0,1–0,2 мкм также положительно влияет на повторяемость геометрических параметров шарика. Конечно, такая проволока примерно в 2–3 раза дороже чистой меди, но все равно дешевле золота.
Во-вторых, чистая медь примерно на 40% тверже золота – 85 Hv против 60 Hv (твердость по Виккерсу). Для достижения той же самой высоты шарика при первой сварке необходимо прикладывать усилие на 20–25% большее, чем при работе с золотом. Такое усилие может повредить контактную площадку и структуры под ней.
В-третьих, параметры формирования петель для медной и золотой проволок похожи, но не аналогичны. Поэтому при переходе с технологии разварки золотом нельзя в полном объеме применять параметры, установленные для меди. Разница в свойствах этих материалов требует оптимизации режимов петлеобразования. Более жесткая медная проволока хуже поддается формовке при петлеобразовании, и это требует усложнения и увеличения диапазона движения капилляра для получения требуемой формы петли. В то же время, жесткость медной проволоки дает ей и определенные плюсы при формовке петли. Медь имеет преимущества перед золотом, если требуется получить особо малую высоту петли, либо наоборот – высокие петли (рис.3а) или осуществлять разварку многоуровневых кристальных сборок (рис.3б).
В-четвертых, при разварке медной проволокой достаточно сложно добиться повторяемых геометрических параметров второй точки сварки. Тут очень важны выверенный баланс между усилием прижима и мощностью ультразвука и повторяемость прочих режимов сварки от петли к петле.
И в-пятых, оборудование, "заточенное" под разварку золотой проволокой, необходимо доработать под разварку медной проволокой. Для этого требуется новый инструмент, который изготавливается из керамики особого вида и геометрические размеры которого несколько отличаются от размеров инструментов под золотую проволоку того же диаметра.
Останется ли золото в России?
Необходимо отметить, что разварка золотой проволокой в любом случае будет широко применяться и далее, и не будет полностью замещена разваркой медной проволокой. Ожидается, что доля компонентов, изготавливаемых с использованием золотой проволоки в будущем сохранится на уровне 15–20%. Области промышленности, не столь чувствительные к изменению цен, с длинным циклом функционирования изделий и требующие устоявшегося и отлаженного техпроцесса (автомобилестроение, оборонная промышленность, аэрокосмическое приборостроение, некоторые области медицинской промышленности) будут и дальше использовать золото. В то же время некоторые предприятия автомобильной промышленности начинают переходить на медную проволоку для поддержания конкурентоспособных цен. В России же указанные выше отрасли занимают более 90% рынка. Но ситуация постепенно меняется, и в будущем эта доля может существенно сократиться.
Компоненты на медной проволоке будут захватывать все большую долю мирового рынка, и высокая цена на золото лишь ускорит этот переход. Передовые производители промышленного оборудования, такие как Kulicke and Soffa, вкладывают огромные деньги в исследовательские и конструкторские работы в данной области. Уже сейчас они имеют колоссальные наработки и предлагают готовые производственные решения, включающие и технологию, которая учитывает нюансы работы с медной проволокой, и оборудование, и весь ассортимент сопутствующей продукции.
Что касается финансовой стороны, то в условиях серийного и массового производства дополнительные расходы на дооснащение оборудования, закупку нового, на эксплуатацию и прочее в ряде случаев могут оказаться очень незначительными по сравнению с разницей в стоимости золотой и медной проволок.
Как упоминалось выше, мировая электронная промышленность находится на этапе начала массового перевода ряда изделий на "медную" технологию. Некоторые европейские и американские компании уже успешно ее внедрили, японские компании, осознав все плюсы, также готовятся к серьезному увеличению доли производимых по этой технологии компонентов.
Заслуживает ли данная технология внимания отечественных промышленников, стоит ли задумываться о подготовке к переходу на нее, будут ли от этого перехода существенные выгоды в российских реалиях? Уже очень скоро мы получим ответы на эти вопросы. ⦁
По данным Глобальной ассоциация по микроэлектронике SEMI (на январь 2011 года), доля выполненных по технологии разварки медной проволокой изделий в 2010 году составила 10% от всего объема продукции с применением разварки проволокой. В 2007 году этот же показатель был равен всего лишь 1,6%. В планах промышленных лидеров контрактной сборки – к концу 2011 года увеличить этот показатель более чем на 30%. PBGA-компоненты с количеством выводов до 780 успешно производятся с применением медной проволоки (выход годных около 99%). Многие производители уже массово выпускают 18-мкм медную проволоку, 15-мкм же только начинают выпускать. Некоторые проектные организации, не обладающие собственными производственными мощностями (fabless), уже сейчас анонсировали использование медной проволоки во всех новых выпускаемых изделиях с применением разварки. Японские производители начали подготовку к переводу ряда серийных изделий на медную проволоку. Основные этапы развития технологии разварки медной проволокой показаны на рис.1.
По прогнозам компании Kulicke and Soffa, мирового лидера в области производства микросварочного оборудования, количество производимых по технологии разварки медной проволокой компонентов будет постоянно расти и к 2015 году составит 48% от общего количества выпускаемых микросхем.
Кроме этого, в 2015 году ожидается и существенное уменьшение доли рынка, которая занята системами разварки только золотой проволокой. Также уменьшится количество выпускаемых систем, которые можно дооснастить для работы с медной проволокой. Одновременно с этим доля установок разварки, работающих только с медной проволокой, увеличится примерно в 2,5 раза. Речь идет о микросварочном оборудовании, выполняющем межсоединения по принципу "шарик-клин" (рис.2).
Сложности технологии
У технологии разварки медной проволокой есть ряд серьезных проблем, которые усложняют ее применение. Но все эти проблемы известны, исследованы и уже решены.
Во-первых, процесс формирования шарика для первой сварки требует контролируемой атмосферы формер-газа при строго определенных параметрах его концентрации и потока. Это позволяет получить надежно повторяемые геометрические параметры шарика. Использование медной проволоки с палладиевым покрытием толщиной 0,1–0,2 мкм также положительно влияет на повторяемость геометрических параметров шарика. Конечно, такая проволока примерно в 2–3 раза дороже чистой меди, но все равно дешевле золота.
Во-вторых, чистая медь примерно на 40% тверже золота – 85 Hv против 60 Hv (твердость по Виккерсу). Для достижения той же самой высоты шарика при первой сварке необходимо прикладывать усилие на 20–25% большее, чем при работе с золотом. Такое усилие может повредить контактную площадку и структуры под ней.
В-третьих, параметры формирования петель для медной и золотой проволок похожи, но не аналогичны. Поэтому при переходе с технологии разварки золотом нельзя в полном объеме применять параметры, установленные для меди. Разница в свойствах этих материалов требует оптимизации режимов петлеобразования. Более жесткая медная проволока хуже поддается формовке при петлеобразовании, и это требует усложнения и увеличения диапазона движения капилляра для получения требуемой формы петли. В то же время, жесткость медной проволоки дает ей и определенные плюсы при формовке петли. Медь имеет преимущества перед золотом, если требуется получить особо малую высоту петли, либо наоборот – высокие петли (рис.3а) или осуществлять разварку многоуровневых кристальных сборок (рис.3б).
В-четвертых, при разварке медной проволокой достаточно сложно добиться повторяемых геометрических параметров второй точки сварки. Тут очень важны выверенный баланс между усилием прижима и мощностью ультразвука и повторяемость прочих режимов сварки от петли к петле.
И в-пятых, оборудование, "заточенное" под разварку золотой проволокой, необходимо доработать под разварку медной проволокой. Для этого требуется новый инструмент, который изготавливается из керамики особого вида и геометрические размеры которого несколько отличаются от размеров инструментов под золотую проволоку того же диаметра.
Останется ли золото в России?
Необходимо отметить, что разварка золотой проволокой в любом случае будет широко применяться и далее, и не будет полностью замещена разваркой медной проволокой. Ожидается, что доля компонентов, изготавливаемых с использованием золотой проволоки в будущем сохранится на уровне 15–20%. Области промышленности, не столь чувствительные к изменению цен, с длинным циклом функционирования изделий и требующие устоявшегося и отлаженного техпроцесса (автомобилестроение, оборонная промышленность, аэрокосмическое приборостроение, некоторые области медицинской промышленности) будут и дальше использовать золото. В то же время некоторые предприятия автомобильной промышленности начинают переходить на медную проволоку для поддержания конкурентоспособных цен. В России же указанные выше отрасли занимают более 90% рынка. Но ситуация постепенно меняется, и в будущем эта доля может существенно сократиться.
Компоненты на медной проволоке будут захватывать все большую долю мирового рынка, и высокая цена на золото лишь ускорит этот переход. Передовые производители промышленного оборудования, такие как Kulicke and Soffa, вкладывают огромные деньги в исследовательские и конструкторские работы в данной области. Уже сейчас они имеют колоссальные наработки и предлагают готовые производственные решения, включающие и технологию, которая учитывает нюансы работы с медной проволокой, и оборудование, и весь ассортимент сопутствующей продукции.
Что касается финансовой стороны, то в условиях серийного и массового производства дополнительные расходы на дооснащение оборудования, закупку нового, на эксплуатацию и прочее в ряде случаев могут оказаться очень незначительными по сравнению с разницей в стоимости золотой и медной проволок.
Как упоминалось выше, мировая электронная промышленность находится на этапе начала массового перевода ряда изделий на "медную" технологию. Некоторые европейские и американские компании уже успешно ее внедрили, японские компании, осознав все плюсы, также готовятся к серьезному увеличению доли производимых по этой технологии компонентов.
Заслуживает ли данная технология внимания отечественных промышленников, стоит ли задумываться о подготовке к переходу на нее, будут ли от этого перехода существенные выгоды в российских реалиях? Уже очень скоро мы получим ответы на эти вопросы. ⦁
Отзывы читателей
