SMT
突圍技術瓶頸 Micro LED穩健邁向量產
先前筆者曾探討了顯示器技術一路從映像管(CRT)、電漿顯示面板(PDP)、液晶顯示器(LCD),進展到今天的有機發光二極體(OLED)、迷你發光二極體(Mini LED)乃至微發光二極體(Micro LED)和Micro-in-mini。從目前產業界的發展來看,手表、手機,已經被OLED的技術所占據,已擁有一定的規模經濟和成本優勢,相較於LCD又有更省電的優點,在可攜式裝置的應用領域,其餘的顯示器技術在短時間內將很難與之抗衡。而Tablet、Notebook、TV的市場價格敏感度相當相當的高,除了LCD之外,目前其他顯示技術也很難撼動、滲透。因此,Micro LED可切入的市場將聚焦在極大和極小的應用領域,意即Public Information Display(PID)和AR/VR。然而,AR/VR是一個極度系統性整合設計的應用領域,全世界目前僅有幾家大品牌廠商有此實力可以進行整合性開發,而且如此高的解析度對TFT而言是極困難的,所以將會是CMOS的天下。所以,Micro LED最早產業化的應用領域將會是PID,這是無庸置疑的,那目前的Micro LED邁向產業化的路上還有哪些技術瓶頸有待克服呢?雖然這些技術瓶頸在其他應用領域會遇到的技術障礙有其重疊之處,但是解決方案可能會因其應用領域特性的不同而有所差異。
.巨量轉移(Mass Transfer)
.接合(Bonding)
.維修(Repair)
.紅光Micro LED發光效率
巨量轉移的技術先前已經探討過,因此本篇文章不再贅述,將會聚焦在後面三項。
三種接合各有優勢
顧名思義,Bonding就是將Micro LED的電極和電路基板電性上接合、導通。目前在半導體、LED、TFT LCD業界常見的Bonding方式有:
.異方性導電膠(ACF)
.錫膏回焊(Sn-paste Reflow)
.共晶接合(Eutectic Bonding)
首先,以下來談ACF。如圖1所示,ACF的原理是將大小數微米(~μm)的塑膠小球表面鍍上Ni或Ni/Au,然後混入膠中,當對這個ACF加壓加熱時,塑膠球會被壓扁,上面Micro LED的電極透過塑膠小球表面的Ni或Ni/Au導通至下面的電路基板,同時,膠受熱固化,把上下電極和塑膠小球牢牢抓住、固定住,維持電性導通。因應Micro LED的特性,塑膠小球的尺寸、密度、整體厚度、黏性,都有別於以往的ACF,需要特別為了Micro LED重新開發。但是它的缺點是壓力大及價格高,針對這些需求及弱點,筆者亦有申請並獲得數個日本及美國關於ACF的專利,來解決上述問題。
圖1 Micro LED利用ACF進行接合
其次,錫膏回焊是一個很成熟的SMT技術,具體的做法是將薄鋼板依電路基板的電極相對位置挖洞,對準、覆蓋在電路基板上,將錫膏刷上去,錫膏會透過鋼板上的洞附著在電路基板的電極上,然後將電子元件或晶片置於其上,進迴焊爐,將錫膏中的溶劑加熱去除,接著Sn和上面的晶片電極與下方的電路基板電極化合形成合金。但是這個技術受限於鋼板開孔尺寸無法縮小,就算是採用噴錫的方式,依舊無法縮小到Micro LED電極尺寸的量級,僅能適用於Mini LED大小的晶片,所以,Micro-in-mini是一個可能可以適用SMT錫膏迴焊技術的解決方案。
Eutectic Bonding,也就是共晶接合,常見的共晶系統有SnCu、SnAu、SnNi等,在共晶溫度下,二種金屬會以液態的方式融合在一起,然後降溫變回固態、接合在一起。
考量到Thermal Budget的問題,目前有許多人在Micro LED的接合上採用InAu的Eutectic Bonding,如圖2所示,因為它有一個相的Eutectic...
專訪蔡司半導體製造技術業務發展總監Thomas Gregorich 全新3D X-ray方案簡化封裝量測
蔡司半導體製造技術(SMT)業務發展總監Thomas Gregorich則指出,半導體封裝技術正出現明顯的改變。過去50年來,晶圓廠已將最小的電路板尺寸從微米縮小至奈米,這個轉變部分是透過精密的檢驗與量測系統所達成。不過,現今的技術幾乎已達Dennard微縮定律與摩爾定律的極限,使得產品效能提升的關鍵從晶片轉至IC封裝。
Gregorich進一步解釋,而封裝技術的改變,也連帶影響了封裝量測技術。舉例來說,未來的記憶體與「小晶片(Chiplet)」技術預計將使封裝互連間距降至20微米或更小,使得互連密度達到每平方公厘2,500~10,000 I/O。這類封裝會需要後段製程(BEOL)般的互連密度與晶圓廠級的組裝良率。但是,近50年來IC封裝產業高度倚賴物理橫切面來檢視、量測並定義深埋在內的結構,此方式對這些先進封裝來說並不足夠,因此需要新的檢驗與量測的技術。
為此,蔡司推出全新3D非破壞性的成像解決方案620 Versa RepScan,該產品內含經驗證過的Versa 3D XRM功能,能用次微米解析度以非破壞性方法成像並量測深埋在結構內的晶片,並運用重建的3D資料集擷取出關鍵的3D資訊。
除了能執行各種線性及體積量測之外,該產品亦能對矽穿孔與微凸塊、銲料體積與形狀、接合線厚度、晶粒翹曲、3D空隙分析與其他的量測進行各方面的分析,且僅需準備最少的樣本。半自動化的工作流程提供可重複的量測,確保不會因橫切面誤差導致成像遺失,並將手動操作導致的量測變異性降至最低。
蔡司半導體製造技術業務發展總監Thomas Gregorich指表示,封裝技術的改變,連帶使封裝量測技術增添許多挑戰。
協作機器人泛用性高 UR在台聚焦半導體/電子製造
目前工業機器人重點發展聚焦在汽車工業、電子製造及金屬零件三大產業,而中國是現今全球最大的市場;但台灣作為電子零件製造重鎮,對於機器人的需求也名列前茅。以人機協作為主要產品訴求之一的協作機器人大廠Universal Robot(UR),在2018年底小幅改組,將台灣從東北亞區劃歸大中華區之後,接下來的業務推展,將聚焦在電子製造與半導體製造上。
UR大中華區總經理蘇璧凱(Adam Sobieski)表示,根據IFA數據,2017年台灣工業機器人的市場排名為全球第六,光是2017年就導入了7,300台。以2018年機器人使用密度而言,台灣也位列全球第八。
他特別指出協作型機器人應用在台灣半導體產業上的潛能,由於Universal Robots可以完全符合台灣半導體產業無塵室應用的需求,無論是協助晶圓製造、封裝測試等,Universal Robots都十分看好台灣市場的成長空間。UR台灣區業務經理張仁銘則透露,目前UR的機器手臂,已經進駐許多台灣封裝測試廠的生產線。
蘇璧凱說明,自動化並不局限於傳統製造業,而是適用於所有行業。綜觀 Universal Robots目前客戶產業別,從電子零件、金屬零件、汽車工業,到生醫藥廠、科研機構,甚至是食品、家具、玩具等製造商應有盡有。
協作型機器人較傳統工業機器手臂更具彈性,其快速設定、能在較小空間中作業、且經安全評估後,能與人協作無須裝設保護柵欄等特性,都能協助企業快速適應自動化生產流程,進而助力企業迅速回收成本。其中Universal Robots協作型機器人獨有的各關節正負360度旋轉能力,搭配靈活的安裝位置(可懸掛、可側裝)等特性,為企業主的生產應用增添更多彈性。
這些特性對於目前仍使用大量人工作業的SMT後段組裝生產線來說,是很有吸引力的。因為UR的手臂可以和人類作業員並肩工作,並且在狹小的工位上靈活運動,執行取放主機板、鎖螺絲等組裝作業。目前使用人力越多的生產線,越適合使用UR的機器手臂。
面對快速變動的市場環境,蘇璧凱認為以人為本、更彈性化的生產流程,絕對是未來的工業趨勢。不論企業規模,許多企業主都已意識到,必須導入能適應生命週期越來越短的製造設備。許多企業也正著力於減少廠房空間,降低工作的複雜性以提升生產效率,人與機器共同協作將是所有產業的發展趨勢。Universal Robots的協作型機器人符合安全、彈性等需求,是許多企業主的導入首選。