1975
CINNO Research產(chǎn)業(yè)資訊，碳化硅（SiC）是一種寬帶隙半導(dǎo)體材料，可用于制作高電壓和高電流半導(dǎo)體組件，有助于開發(fā)電動汽車等現(xiàn)代電力應(yīng)用的節(jié)能系統(tǒng)。不過一直以來，碳化硅材料都非常的脆，這使得制造工廠無法使用一些傳統(tǒng)面向硅等不太脆材料的半導(dǎo)體設(shè)備直接對其進行加工。然而現(xiàn)在，市場對該材料的需求正不斷增加，且目前加工這一類較脆材料的成本也在不斷攀升，該行業(yè)和市場正面臨著規(guī)模進一步擴張的困難。
電動汽車和類似技術(shù)的興起已經(jīng)表明，該行業(yè)有必要做出調(diào)整以適應(yīng)這些材料的工藝需求，這些都是未來半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展契機。Terecircuits公司首席執(zhí)行官Wayne Rickard在接受《電力電子新聞》采訪時，談到了他們開發(fā)的一種新型半導(dǎo)體元器件轉(zhuǎn)移工藝。據(jù)其介紹，該工藝可以在對其進行制造加工的過程中，保持碳化硅等半導(dǎo)體材料的完整性。
Terecircuits開發(fā)的制造工藝用單個硬載體取代傳統(tǒng)的處理工具，并使用尖端激光技術(shù)實現(xiàn)一種溫和的器件釋放動作，來處理上述較脆的碳化硅等材料的復(fù)雜性。據(jù)介紹，這種方法不僅能夠極大降低器件材料轉(zhuǎn)移過程中的損壞風(fēng)險，還能提高制造良率和吞吐量。
制造工藝
未來十年，市場將迎來物聯(lián)網(wǎng)、可穿戴設(shè)備、智能建筑和車輛、增強現(xiàn)實和虛擬現(xiàn)實以及醫(yī)療設(shè)備的指數(shù)級增長。不過，所有這些領(lǐng)域都將可能依賴于新一代、低成本Micro-LED顯示器。這種先進的顯示器具有高像素密度、可嵌入傳感器件、輕薄緊湊、搭載透明柔性驅(qū)動背板和更低的功率等眾多優(yōu)勢。
然而，眾所周知，Micro-LED面板當(dāng)前最佳的組裝方案是使用傳統(tǒng)的拾取和放置（Pick-up and Place）。不過，因為Micro-LED芯片的尺寸非常小，即使一款普通分辨率的電視也可能有接近3500萬顆芯片，如此大的處理數(shù)量讓這種方法在批量生產(chǎn)中變得不切實際。目前市場上的商業(yè)方案和設(shè)備無法同時處理數(shù)千顆芯片，如果沒有更為激進的新方法，市場將無法實現(xiàn)最終的批量化生產(chǎn)。
Rickard說：“如今，市場需要非常貴的簡短設(shè)備來處理放置精度低于10微米的小芯片器件。采用一種基于Terecircuits技術(shù)改裝的中程掩模對準設(shè)備則可以輕松處理1微米放置精度以下的所有幾何形狀的器件，且其成本僅為傳統(tǒng)方案的一小部分。Terecircuits的方案可以同時放置數(shù)千顆芯片器件，它不僅可以提高良率，還能夠極大提高吞吐量，進而將面板的組裝時間從幾天縮短到幾分鐘?！?/p>
另一方面，碳化硅等較新的半導(dǎo)體材料非常脆弱，在制造的最后階段可能會被組裝設(shè)備損壞。較新的產(chǎn)品需要在小封裝中高精度地組裝多種不同的技術(shù)。Rickard說：“就目前的設(shè)備方案而言，良率很低，產(chǎn)量也不可接受；這些產(chǎn)品永遠不會達到目前制造技術(shù)所設(shè)想的規(guī)模。傳統(tǒng)的半導(dǎo)體組裝工藝已經(jīng)達到了處理小型、較脆器件的能力極限?！?/p>
電路組件
根據(jù)Rickard的說法，傳統(tǒng)的制造技術(shù)已經(jīng)幾乎走到了使用壽命的盡頭，尤其是在組裝大量微米級芯片器件時。如今，電子元器件的尺寸甚至小到和一個紅細胞差不多，整個組裝工藝需要將數(shù)百萬顆微小的芯片移動到驅(qū)動用電路基板上。
“為此，Terecircuits開發(fā)了一種具有獨特物理性能的、具有粘合效果的聚合物轉(zhuǎn)移膜，它能夠讓數(shù)千顆芯片同時從供體基板上轉(zhuǎn)移到目標電路基板上，”Rickard接著補充道：“我們擁有這種多用途生產(chǎn)設(shè)備的專利許可權(quán)，這種設(shè)備能夠達到亞微米級的放置精度。通過將聚合物的新配方與半導(dǎo)體領(lǐng)域開發(fā)的、具有亞微米精度的光刻技術(shù)相結(jié)合，我們最終讓快速、低成本的大規(guī)模微器件轉(zhuǎn)移和組裝成為可能”。
Terecircuits的工藝是使用掩模來定義哪些Micro-LED芯片需要從供體基板上釋放，這一概念與激光誘導(dǎo)正向轉(zhuǎn)移（LIFT）技術(shù)相關(guān)。據(jù)了解，LIFT使用激光改變將Micro-LED固定在供體板上的臨時粘合劑的物理或化學(xué)性質(zhì)。在傳統(tǒng)的LIFT工藝中，激光器能夠單獨釋放供體基板上的芯片，接著使用機械載物臺或檢流計反射鏡重新定位，以釋放下一顆芯片器件。
Rickard說：“Terecircuits設(shè)計的這種光聚合物為Tereifilm?，它能夠在低于典型掩模材料燒蝕閾值的情況下激活。因此，我們能夠利用Tereifill?的LIFT工藝，使用掩模在一次操作中轉(zhuǎn)移數(shù)千顆芯片器件。”
使用其他材料的LIFT設(shè)備需要在逐個芯片的過程中，順序移動梁體和目標芯片。如果顯示器的目標間距（像素間距）是晶圓基板上Micro-LED芯片間距的整數(shù)倍，則該工藝還可以利用這種已有的優(yōu)勢實現(xiàn)更快的制作工藝。
工藝示例
作為一個工藝示例，我們借此理解下基于光致聚合物的巨量轉(zhuǎn)移工藝，其完整工藝步驟如圖1所示。Terecircuits的設(shè)備和工藝可以使用SiP或Micro-LED芯片等基本器件組裝完成顯示面板等完整的系統(tǒng)，不需要像傳統(tǒng)拾取和放置工藝一樣就能高速實現(xiàn)亞微米級器件放置精度。
所涉及的工藝步驟如下：
1.使用粘性聚合物轉(zhuǎn)移膜粘住透明供體基板上的多顆芯片；
2.使用一種高精度的顆粒定位工具將掩模、供體板和襯底堆疊排列；
3.在外在激光的激活和控制下，目標芯片器件被選擇性地釋放，進而準確地放置在基板上。
未來的一瞥
Rickard表示，今天市場的形勢正見證著半導(dǎo)體使用方式的巨大轉(zhuǎn)變，它們正從“半導(dǎo)體為人類規(guī)模的使用”轉(zhuǎn)變?yōu)椤鞍雽?dǎo)體為傳感器網(wǎng)絡(luò)和物聯(lián)網(wǎng)提供更大規(guī)模電源的世界”。這一變革帶來了無數(shù)的應(yīng)用挑戰(zhàn)，例如晶體管尺寸縮小效應(yīng)的減弱，它導(dǎo)致市場對傳統(tǒng)半導(dǎo)體設(shè)計的重新評估。另外，傳感器網(wǎng)絡(luò)、薄膜電池、RFID、5G和6G天線等應(yīng)用可能需要硅以外的半導(dǎo)體材料，所以市場可能需要將開發(fā)重點從晶體管縮放轉(zhuǎn)向封裝和組裝。
Rickard說：“半導(dǎo)體器件的封裝和組裝，傳統(tǒng)意義上是一個直接面向終端產(chǎn)品的低風(fēng)險、勞動密集型制造過程，然而它們現(xiàn)在正變得類似于一種非?？壳暗闹圃旃に嚒＿@種轉(zhuǎn)變不僅給市場帶來了技術(shù)挑戰(zhàn)——需要更為清潔的制造環(huán)境，還大大提高了最終產(chǎn)品的整體價值。”
這樣的代際變化帶來了新的投資機會，不過它需要長達十年的承諾，而不是短期收益。很多初創(chuàng)企業(yè)都對美國的《芯片法案》等舉措感到興奮，他們看到了政府正在承認一個事實，那就是他們在研發(fā)投資層面不僅要支持老牌公司，還要更大力地支持新興公司地發(fā)展。這些顛覆性的變化對半導(dǎo)體行業(yè)未來的領(lǐng)導(dǎo)地位至關(guān)重要。
對于許多應(yīng)用來說，晶體管尺寸的縮小正逐步達到邊際收益遞減的地步。新工藝節(jié)點的每個晶圓廠的成本比前一個節(jié)點都要高出數(shù)十億美元。半導(dǎo)體正走向一個岔路，其中之一是撇開傳統(tǒng)在尺寸層面上更執(zhí)著的追求，轉(zhuǎn)而面向應(yīng)用和更高階的封裝（AP，Advanced Packaging），這就是“More than Moore”發(fā)展模式?！癕ore than Moore”這種致力于應(yīng)用和封裝的新思路，將從根本上改變整個半導(dǎo)體行業(yè)，進而推動器件的性能提升、效率提高和成本的降低。
眾所周知，人工智能、HPC、5/6G、物聯(lián)網(wǎng)和電動汽車是當(dāng)前推動半導(dǎo)體行業(yè)繼續(xù)增長和創(chuàng)新的主要趨勢，他們需要AP支持3D堆疊、光學(xué)、MEMS、小芯片、傳感器和硅基以外的其他材料。這些設(shè)備和器件尺寸上越來越小、越來越薄，同時其強度也越來越脆弱。然而，現(xiàn)有的設(shè)備和工具往往無法應(yīng)對這些AP帶來的挑戰(zhàn)，從而影響制造良率、產(chǎn)量和成本。市場需要新的方法來制造商業(yè)上可行的產(chǎn)品。
Terecircuits公司開發(fā)的一系列材料和方案將這一類AP的創(chuàng)新方法應(yīng)用到更為廣泛的領(lǐng)域，包括SiP、小芯片的拾取和轉(zhuǎn)移、芯片到晶圓鍵合和柔性混合電子等。
關(guān)于Terecircuits公司
Terecircuits是一家來自美國的半導(dǎo)體創(chuàng)業(yè)公司，其前身是Jayna Sheats 2008年創(chuàng)立的Terapac公司，該公司開發(fā)了一種用于制造物聯(lián)網(wǎng)（IoT）和智能卡產(chǎn)品的多芯片集成RFID型嵌件的卷對卷工藝。Jayna Sheats目前擔(dān)任Terecircuits的CTO，Terecircuits擁有其前身Terapac公司的眾多技術(shù)許可。
Terecircuits目前致力于開發(fā)先進的材料解決方案，它們可輕松集成到當(dāng)前的半導(dǎo)體制造工藝中，以提高良率和產(chǎn)量，同時降低總擁有成本。公司的技術(shù)支持小型、脆弱和薄型器件、小芯片、傳感器、電源設(shè)備和無源器件的異構(gòu)組裝。公司目前的工藝非常適合在減少浪費的情況下實現(xiàn)產(chǎn)品的規(guī)模化，同時滿足關(guān)鍵的組裝需求，如3D堆疊、物聯(lián)網(wǎng)、碳化硅芯片連接、柔性電路和Micro-LED顯示器等。
自成立以來，Terecircuits一直獲得商業(yè)天使資助，截至目前籌集了約530萬美元的股權(quán)資金，另外還以國家科學(xué)基金會贈款的形式獲得了125萬美元。
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