印刷掀半导体后工序革命，多品种少量变量生产成为可能

　　今后，IoT（物联网）设备普及伴随的课题——半导体封装的多品种、少量、变量生产将得到解决。有一家企业已经开发出了这样的芯片装配技术。那就是 2009年成立、总部设在日本新潟县妙高市的CONNECTEC JAPAN。现在主要从事半导体后工序的受托开发和制造。

　　CONNECTEC JAPAN自主开发的装配技术名叫“MONSTER PAC”。该公司代表董事平田胜则介绍说，“不仅可以多品种少量生产，还能一举解决因low-k化而脆化的半导体芯片的安装、在不耐高温的基板上的安装、 MEMS（微电子机械系统）倒装芯片安装等目前半导体后工序存在的课题”。

　　利用凹版印刷实现

　　MONSTER PAC的关键，是在基板侧设置用来接合芯片和基板的微凸点。微凸点使用凹版印刷技术形成（图1），墨水采用银纳米膏。形成凸点后在其上方涂布非导电性树脂。

　　图1：在基板上印刷凸点

　　在基板上印刷凸点的方式适用于多种材料的基板。非导电性树脂起到维持凸点的形状、保护芯片与基板的界面的作用。（供图和摄影：CONNECTEC JAPAN） （点击放大）

　　平田称，因为是印刷方式，所以“可以在任何基板材料上形成布线，实现多品种少量生产”。而且，这种方式不仅可以缩短形成微凸点的时间，还可以大幅简化装置。

　　原来的方法是在芯片上形成微凸点，要对晶圆进行电镀处理。这必须经过形成光刻胶膜、电镀处理、剥离光刻胶膜等步骤才能实现，而且装置的体积都较大。采用印刷方式可以省去这些处理。

　　还技术还能用于MEMS倒装芯片的装配。MEMS的芯片上有沟槽等结构体，芯片的电极不能进行电镀处理。但MONSTER PAC技术无需对芯片进行加工，因此可以用于倒装芯片的装配。

　　在低温和低载荷下进行接合

　　与以往技术相比，MONSTER PAC的芯片装配操作也有所简化。只要在印刷了微凸点的基板上放置芯片，施加170℃、0.12g/凸点的载荷，就能完成接合。而采用在芯片上形成微凸点的方法时，需要2.4g/凸点的接合载荷，并加热到260℃。2.4g/凸点的载荷看上去很小，但几千个微凸点相加，需要施加相当大的力。在强大的作用力下，芯片有时会发生破损。

　　这种问题最近尤为突出。这是因为，为了减少微细化造成的布线间电容量的影响，用来支撑布线的层间绝缘膜材料倾向于选择介电常数低的low-k材料。实现 low-k的一般方法是采用多孔质材料，使介电常数接近空气。因为内部开有很多小孔，所以材料强度会减弱。而MONSTER PAC无需顾忌此类问题，不受任何影响。

　　除此之外，MONSTER PAC还具有一种安装设备适用于陶瓷、有机材料、薄膜材料等多种基板材料的特点。极端地说，可以在每道工序安装不同的基板。而使用传统方式时，必须为不同的基板材料准备不同的设备。这种不挑剔材料的特点，非常适合少量多品种生产。

　　有意对外销售技术

　　CONNECTEC JAPAN正在开发以10μm为间隔的凸点布线技术，实用化已有了眉目（图2）。在晶圆上电镀形成凸点的通常方式长期受到40μm的制约。原因是接合需要加热，会使有机材料大幅膨胀。而CONNECTEC正在开发的技术可以在130℃的温度下接合，膨胀量小，因此间隔可以缩小到10μm。间隔缩小到 10μm后，封装的面积可以缩小75％。“到2017年，使用10μm间隔技术的产品可以投入量产”（平田）。

　　图2：10μm布线显现眉目

　　通过改进印刷技术和和膏状油墨，实现了绘制10μm布线、130℃接合。具体方式是，使用照射激光后硬化的墨水制造凸母模，再利用凸母模制作凹复制模，作为底版进行印刷。（图：CONNECTEC JAPAN） （点击放大）

　　MONSTER PAC目前只在CONNECTEC JAPAN的内部使用，今后计划广泛销售后工序生产设备。生产设备的目标是使模具制造、凸点印刷和布线、安装能够全部设置在一张长桌上（图3）。使用家用 100V电源驱动。平田心中的梦想是：“要在日本的土地上，孕育出众多以便利店那样小的面积，承接半导体封装工序的企业。”（记者：中道理）

　　图3：CONNECTEC JAPAN描绘的未来的后工序

　　利用长桌上的3台机械完成封装。