CINNO Research產業資訊，碳化硅(SiC)是一種寬帶隙半導體材料，可用于制作高電壓和高電流半導體組件，有助于開發電動汽車等現代電力應用的節能系統。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面向硅等不太脆材料的半導體設備直接對其進行加工。然而現在，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，該行業和市場正面臨著規模進一步擴張的困難。

　　電動汽車和類似技術的興起已經表明，該行業有必要做出調整以適應這些材料的工藝需求，這些都是未來半導體技術的發展契機。Terecircuits公司首席執行官Wayne Rickard在接受《電力電子新聞》采訪時，談到了他們開發的一種新型半導體元器件轉移工藝。據其介紹，該工藝可以在對其進行制造加工的過程中，保持碳化硅等半導體材料的完整性。

　　Terecircuits開發的制造工藝用單個硬載體取代傳統的處理工具，并使用尖端激光技術實現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雜性。據介紹，這種方法不僅能夠極大降低器件材料轉移過程中的損壞風險，還能提高制造良率和吞吐量。

　　制造工藝

　　未來十年，市場將迎來物聯網、可穿戴設備、智能建筑和車輛、增強現實和虛擬現實以及醫療設備的指數級增長。不過，所有這些領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、搭載透明柔性驅動背板和更低的功率等眾多優勢。

　　然而，眾所周知，Micro-LED面板當前最佳的組裝方案是使用傳統的拾取和放置(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，如此大的處理數量讓這種方法在批量生產中變得不切實際。目前市場上的商業方案和設備無法同時處理數千顆芯片，如果沒有更為激進的新方法，市場將無法實現最終的批量化生產。

　　Rickard說：“如今，市場需要非常貴的簡短設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技術改裝的中程掩模對準設備則可以輕松處理1微米放置精度以下的所有幾何形狀的器件，且其成本僅為傳統方案的一小部分。Terecircuits的方案可以同時放置數千顆芯片器件，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。”

　　另一方面，碳化硅等較新的半導體材料非常脆弱，在制造的最后階段可能會被組裝設備損壞。較新的產品需要在小封裝中高精度地組裝多種不同的技術。Rickard說：“就目前的設備方案而言，良率很低，產量也不可接受;這些產品永遠不會達到目前制造技術所設想的規模。傳統的半導體組裝工藝已經達到了處理小型、較脆器件的能力極限。”

　　電路組件

　　根據Rickard的說法，傳統的制造技術已經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百萬顆微小的芯片移動到驅動用電路基板上。

　　“為此，Terecircuits開發了一種具有獨特物理性能的、具有粘合效果的聚合物轉移膜，它能夠讓數千顆芯片同時從供體基板上轉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設備的專利許可權，這種設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體領域開發的、具有亞微米精度的光刻技術相結合，我們最終讓快速、低成本的大規模微器件轉移和組裝成為可能”。

　　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正向轉移(LIFT)技術相關。據了解，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性質。在傳統的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移數千顆芯片器件。”

　　使用其他材料的LIFT設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芯片間距的整數倍，則該工藝還可以利用這種已有的優勢實現更快的制作工藝。

　　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移工藝，其完整工藝步驟如圖1所示。Terecircuits的設備和工藝可以使用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，不需要像傳統拾取和放置工藝一樣就能高速實現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。

圖1. 基于光聚合物的巨量轉移工藝(來源：Terecircircuits公司)

　　未來的一瞥

　　Rickard表示，今天市場的形勢正見證著半導體使用方式的巨大轉變，它們正從“半導體為人類規模的使用”轉變為“半導體為傳感器網絡和物聯網提供更大規模電源的世界”。這一變革帶來了無數的應用挑戰，例如晶體管尺寸縮小效應的減弱，它導致市場對傳統半導體設計的重新評估。另外，傳感器網絡、薄膜電池、RFID、5G和6G天線等應用可能需要硅以外的半導體材料，所以市場可能需要將開發重點從晶體管縮放轉向封裝和組裝。

　　Rickard說：“半導體器件的封裝和組裝，傳統意義上是一個直接面向終端產品的低風險、勞動密集型制造過程，然而它們現在正變得類似于一種非常靠前的制造工藝。這種轉變不僅給市場帶來了技術挑戰——需要更為清潔的制造環境，還大大提高了最終產品的整體價值。”

　　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。很多初創企業都對美國的《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展。這些顛覆性的變化對半導體行業未來的領導地位至關重要。

　　對于許多應用來說，晶體管尺寸的縮小正逐步達到邊際收益遞減的地步。新工藝節點的每個晶圓廠的成本比前一個節點都要高出數十億美元。半導體正走向一個岔路，其中之一是撇開傳統在尺寸層面上更執著的追求，轉而面向應用和更高階的封裝(AP，Advanced Packaging)，這就是“More than Moore”發展模式。“More than Moore”這種致力于應用和封裝的新思路，將從根本上改變整個半導體行業，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、物聯網和電動汽車是當前推動半導體行業繼續增長和創新的主要趨勢，他們需要AP支持3D堆疊、光學、MEMS、小芯片、傳感器和硅基以外的其他材料。這些設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，現有的設備和工具往往無法應對這些AP帶來的挑戰，從而影響制造良率、產量和成本。市場需要新的方法來制造商業上可行的產品。

　　Terecircuits公司開發的一系列材料和方案將這一類AP的創新方法應用到更為廣泛的領域，包括SiP、小芯片的拾取和轉移、芯片到晶圓鍵合和柔性混合電子等。

　　關于Terecircuits公司

　　Terecircuits是一家來自美國的半導體創業公司，其前身是Jayna Sheats 2008年創立的Terapac公司，該公司開發了一種用于制造物聯網(IoT)和智能卡產品的多芯片集成RFID型嵌件的卷對卷工藝。Jayna Sheats目前擔任Terecircuits的CTO，Terecircuits擁有其前身Terapac公司的眾多技術許可。

　　Terecircuits目前致力于開發先進的材料解決方案，它們可輕松集成到當前的半導體制造工藝中，以提高良率和產量，同時降低總擁有成本。公司的技術支持小型、脆弱和薄型器件、小芯片、傳感器、電源設備和無源器件的異構組裝。公司目前的工藝非常適合在減少浪費的情況下實現產品的規模化，同時滿足關鍵的組裝需求，如3D堆疊、物聯網、碳化硅芯片連接、柔性電路和Micro-LED顯示器等。

　　自成立以來，Terecircuits一直獲得商業天使資助，截至目前籌集了約530萬美元的股權資金，另外還以國家科學基金會贈款的形式獲得了125萬美元。