這些在半導體製造環節中的材料創新，你知道嗎？

集微網上海報道 文/劉洋

在半導體製造環節中，無論是半導體封裝、熱工藝加熱處理還是封裝測試設備中的材料提供，都能夠看到這家廠商的身影。為了幫助客戶改進生產工藝、提供生產效率，全球領先材料供應商賀利氏正從一家封裝材料供應商轉變成系統級解決方案供應商。在今年的SEMICON CHINA上，賀利氏旗下三大全球業務單元——賀利氏電子、賀利氏特種光源和賀利氏石英玻璃同時亮相，以「完美契合」為主題展示多款面向半導體行業的新產品，以幫助客戶開發快速、高效、可靠的生產工藝。

系統級封裝新品，消除/解決客戶生產痛點

一直以來，在系統級封裝（SiP）的半導體製造中，飛濺現象和焊點空焊都是客戶非常頭疼的問題，嚴重影響生產良率。賀利氏最新推出的系統級封裝焊膏材料——WS5112系列焊膏和Smartflux FLX89161浸漬焊膏有效解決了這一難題，提高生產良率和產品可靠性，同時降低先進封裝和功率半導體封裝的總體成本。

WS5112系列產品主要元件粘接，其助焊劑性能極其穩定，能夠有效的防止飛濺和冷熱塌落，這對於被動元件粘接位置非常解決倒裝晶元的SiP來說非常重要。同時，它還能減少錫球、錫珠和空洞等焊接缺陷的發生，從而提高焊接良率。從圖中對比狀態下，我們可以看到，WS5112在升溫的過程中不發生飛濺現象，同時在210攝氏度高溫的狀態下仍能保證焊錫珠的完整性，令筆者極為驚訝。該產品已在三星最新旗艦機型中獲得採用。

Smartflux FLX89161則主要用於倒裝晶元封裝（Flip Chip）與BGA封裝，可改善焊點的形成和金屬的聚結，以實現自對準。新款Smartflux浸漬焊膏的合金粉末含量較低，可用於錨固BGA、焊接凸點和銅柱，在迴流焊工藝中緊緊固定錫球或晶元。金屬雜質含量低可以使得粘的更均勻，會造成連接性不好，提高產品的可靠性和生產良率，從92%提升至100%。

此外，在高功率封裝領域的晶元粘接應用上，賀利氏mAgic燒結銀ASP338提供具有革命性的封裝解決方案，極大延長了產品的使用壽命，可用於電力電子模塊。它是一款有壓工藝燒結銀膏，可直接工作在裸銅表面，形成零空洞率的粘接層，具有優異的熱導性能和電性能，用它製作的電力電子模塊的使用壽命可以提高十倍。

在大功率電路的應用中，如何保證產品的長期可靠性和散熱需求格外重要。賀利氏電子全球產品經理陳麗珊（Li-san Chan）指出，賀利氏的鍵合絲連接產品方面的創新技術，可以幫助客戶實現更密集的打線方式而不擔心短路，在保證功能實現的前提下降低成本。同時賀利氏材料方案部門，幫助客戶縮短產品導入周期，至少可以達到6-10個月。在汽車電子、高鐵、5G基站等領域，賀利氏的客戶覆蓋了包含博世、華為等廠商，很好的解決產品的功率密度、能效、可靠性和熱管理等。

陳麗珊表示，在封裝材料方面賀利氏提供完全匹配的產品，幫助客戶縮短研發周期。半導體封裝從傳統的SMT引線鍵合封裝、發展到倒裝晶元，再到應用領域愈加廣泛的SiP封裝，管腳間距越來越小，對於材料的要求越來越高。賀利氏堅持從材料創新和客戶需求兩方面入手，解決半導體製造材料中可能遇到的各種難題。

舉例說明，在半導體封裝材料使用中，空洞率是客戶非常關注的一個參數，而焊錫粉的氧化率顯得格外重要。賀利氏電子Welco技術可生產出2~11μm尺寸均勻一致的焊錫粉，其氧化率非常低，與助焊劑配合能夠給客戶帶來非常低的空洞率，提高產品良率。陳麗珊給集微網記者展示了客戶在對比不同焊料在BGA焊點空洞圖，我們可以清楚的看到，在80um尺寸上賀利氏產品的焊點空洞表現為0，在200um尺寸上，賀利氏產品的焊點空洞率也遠遠低於其他競者的產品，客戶極為滿意。

為了幫助客戶解決差異化問題，陳麗珊強調，賀利氏將在材料研發上深耕，做好本分，希望為客戶帶來更多整體的解決方案。為了更好的貼近中國客戶需求和市場發展的趨勢，去(2017)年賀利氏在上海建立設計應用中心，這是賀利氏電子在德國之外設立的首家也是亞洲唯一一家設計應用中心，用於中國客戶方案的測試和驗證，大力支持中國集成電路的快速發展需求。

全球首創的紅外加熱技術，先用於半導體設備

在製造微晶元期間，半導體工藝技術需要多個加熱工藝處理。在製造過程中，避免微晶元里的化學雜質和各個生產工藝步驟中灰塵顆粒的進入是非常重要的。面對這一關鍵問題，特別是在空間狹小且產品需要快速均勻加熱的情況下，對加熱技術的設計尤為挑戰。

賀利氏特種光源集團研發中心主管、物理學家Jurgen Weber表示，為了解決這一難題，賀利氏紅外加熱技術（black.infrared）另闢蹊徑，採用了全新的輻射器工作原理，首次將約2.5μm中波紅外光與高光學性能相結合。這一全新組合能夠顯著提高半導體廠生產中加熱工藝的效率，保證加熱的均勻性和輻射源的最優控制，在項目的測試和開發期間已經顯露無疑。

Jurgen Weber指出，紅外加熱技術是賀利氏工程在100多年前發明的技術。我們藉助於創新的黑石英材料和先進的印刷方式，為客戶提供智能、新型的解決方案black.infrared。其加熱的高效性和均勻性是這一技術的兩大特點。從圖中可見，扁平的低輪廓輻射器被專門開發的黑色石英玻璃材料所覆蓋，這種組合有助於在高能量密度下極其均勻地傳輸紅外熱能，使得加熱過程在空間和能量上都更加高效。因為石英材料作為加熱基體，其高純度性可完全被用於潔凈度要求非常高的加熱條件使用，產品的開發與設計理念，迎合了高純度真空條件下運行的特徵，特別適合在半導體設備中的使用。

賀利氏特種光源集團紅外產品應用經理樓榮表示，傳統的加熱方式是金屬板加熱，在熱效能方面相對較低，尤其在半導體製造領域需要在高真空、高潔凈的環境下進行，black.infrared的技術提供了一個新的高效能加熱解決方案。這一技術定位在半導體製造領域中的加熱工序，譬如LED晶元、太陽能技術在鍍膜之前的加熱過程中都可以採用，賀利氏將與上游的半導體設備廠商合作，為Fab廠商提供整體解決方案。

創新型材料黑石英（HBQ）填補產業空白

在半導體產品生產過程中，客戶面臨著巨大的挑戰：即使是最微量的雜質也會導致微晶元中產生缺陷而無法使用。在現有的傳統黑石英材料中，往往含有號稱「晶元殺手」的鎢或碳等元素，而HBQ卻只含硅和氧兩種元素，雜質總含量與其它高純天然石英一樣，低於20ppm，完全適用於對雜質要求極高的大多數半導體應用。賀利氏石英玻璃推出的這種用於半導體行業的新型材料——賀利氏黑石英（HBQ），填補了工藝反應腔室內熱輻射控制材料領域的一項空白。

HBQ具有極高的光吸收率（超過95%），光譜吸收範圍涵蓋了從紫外光到可見光，再到中紅外（熱輻射）。此外，HBQ的發射率超過90%，這在所有石英材料中可謂絕無僅有。憑藉此特性，HBQ為熱管理應用帶來了具有革命性的解決方案。賀利氏石英玻璃是目前唯一一家能夠提供用於熱輻射控制完整解決方案的供應商（包括透明石英，白色不透明石英，黑色石英），並同時能夠滿足半導體應用領域最高的純度要求。創新的HBQ將帶客戶步入全新的世界，與賀利氏的透明石英，白色不透明石英一道，實現對雜質要求極高的半導體應用進行全面的熱管理和過程式控制制。

在SEMICON現場，賀利氏石英展出了利用透明石英和白色不透明石英做出的爐腔、基座，應用於高溫下的半導體相關製造過程中。在黑石英的應用方面，賀利氏石英全球半導體產品經理Dennis Brauhaus博士表示，可以用於快速加熱的應用場景，因其雜質含量與高純天然石英一致，亦可以用於代替部分單晶硅測試片來使用。

Dennis Brauhaus博士現場給集微網記者展示了一條看上去沒什麼特殊的透明石英樣品，強光下能夠看出是賀利氏產品與其他競者產品的明顯差異，賀利氏的透明石英非常透亮。

最後，賀利氏石英材料中國區銷售經理顧宇輝博士表示，賀利氏石英產品是非常重要的半導體過程材料，常年與IC 製造廠fab和設備廠商OEM緊密合作並提供穩定的材料及製品支持。目前賀利氏石英也在積極與包括中微半導體、北方華創在內的國內設備廠商積極合作，為發展中的中國半導體產業貢獻一份力量。（校對/范蓉）

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