在印度致力于构建本土半导体制造能力的背景下,印度科学研究所(IISc)班加罗尔分校的纳米科学与工程中心(CeNSE)运营着一个共享设施,供研究人员、初创企业及产业用户在此完成半导体器件的制备、表征、封装与测试,实现从裸晶圆到封装组件的全流程校内闭环。
CeNSE作为国家级研发平台,支撑半导体领域科研与早期产品开发,其基础设施不仅服务于IISc本校师生,也向全国范围内的外部用户开放。
在与《电子工程时报》的访谈中,IISc班加罗尔分校副教授苏肖班·阿瓦斯蒂(Sushobhan Awasthi)表示,该中心覆盖多个半导体相关领域,包括微电子、生物医学接口、光子学、氮化镓器件、太阳能电池以及类脑计算等。“凡涉及半导体的课题,我们均有布局。”他强调。
技术转化是中心的重点方向之一。“印度当前的一大短板,是难以将研究成果从论文转化为实际产品。”阿瓦斯蒂指出。为弥补这一缺口,CeNSE为初创企业与产业合作伙伴提供原型开发支持,并设有内部孵化项目。据他介绍,中心16位教员中,有9位是初创企业的创始人或联合创始人。
CeNSE作为国家级研发设施,配备洁净室与封装基础设施,面向全印用户开放,专注于中试规模制造而非连续大批量生产。典型中试批次为500至10,000件,日均产出约300个封装器件。设备灵活复用,支持多场景实验与快速迭代。
外部用户可通过CeNSE国家设施用户门户注册、提交项目提案,并获取接入费用预估。与此同时,各教员还独立运营专注光子学、激光器与神经形态计算等方向的专业实验室,但这些实验室不对外开放。
在参观CeNSE国家纳米加工中心(NNFC)时,《电子工程时报》观察到其洁净室基础设施如何用于半导体制造与分析。这些洁净室属于国家设施,不仅供IISc师生使用,也向全国范围内的初创企业与外部用户开放。NNFC支持从微小样品至4英寸晶圆的晶圆级与芯片级加工,涵盖光刻、薄膜沉积、刻蚀、热处理及在线计量等多个专业实验室。
在严格受控环境中,研究人员利用光学与电子束光刻、薄膜沉积、湿法与干法刻蚀等工艺,开发CMOS兼容型、MEMS及探索性器件结构;同步开展材料与器件表征,以验证从宏观体材料到单个器件特征的结构、成分与性能指标。
中心还配备高精度微观分析实验室,这对半导体研发至关重要。借助电子显微技术,研究人员可直接观测原子排列与元素分布,评估材料质量与工艺效果。例如,实验室人员向《电子工程时报》演示了如何对常用氧化物材料——钛酸锶进行分析,区分晶体内部不同原子种类,从而验证材料堆叠是否按设计完成。
此外,中心亦用于研究石墨烯、二硫化钼等新兴材料,这些材料因仅数原子厚,需极高精度表征后方可集成至器件中。为实现该目标,样本被制成极薄截面,在逐级放大下观察,从微米级特征深入至单原子层,将材料特性与器件行为建立关联。
配套工具则用于更大尺度结构与成品器件分析,可检视芯片表面特征与横截面,揭示半导体制造中金属与氧化物的堆叠层次,常用于诊断工艺问题或验证关键步骤,为后续封装与测试奠定基础。
除制造与表征外,CeNSE还设有专用器件封装设施,将已制备芯片转化为可用组件。封装体系支持多种类型,如晶体管外形封装(TO)、四方扁平无引脚(QFN)及板上芯片(COB)等,依应用需求而定。
流程始于晶圆切割。中心配备6英寸与8英寸晶圆切割设备,并针对碳化硅等硬质材料配置专用系统。对于功率器件,晶圆在封装前会减薄至约100–150微米,以提升散热性能。
切割完成后,单颗芯片由自动拾取-放置系统精准定位,进入后续组装环节;随后进行芯片贴装与固化处理,确保电连接可靠。
电气互连采用引线键合或倒装芯片键合方式。前者适用于对封装尺寸要求不严的应用;后者则用于紧凑型高端封装,可实现更高集成密度。“具体工艺选择取决于应用场景”,一位实验室研究员向《电子工程时报》解释道,“存储器件常采用堆叠芯片+引线键合方案,而小型化系统则倾向倒装芯片技术。”
封装完成后,器件需接受资格认证测试,包括气候循环、压力循环及寿命测试——传感器需持续运行多个周期以评估耐久性。
冲击与振动测试模拟运输过程中的突发压力变化或移动;热测试暴露于高低温环境;热冲击测试则快速切换温度极端值。“这些测试模拟沙漠、高原及高湿地区工况”,研究人员补充道。
从原子级成像到中试封装与认证,CeNSE将制造、测试与早期量产整合于单一园区。多家初创企业经由该中心孵化成长,如SuperQ Technologies、Theranautilus与Agnit Semiconductors等均源于或依托该生态体系运作。产业合作通过协作项目推进,企业可获得设施使用权、科研互动机会及优秀学生资源。参与企业包括应用材料、泛林集团、巴拉特电子、Glean Innovations与Yield Engineering Systems等,为学生提供了清晰的职业发展路径参考。
值得一提的是,CeNSE还积极在全国范围内开展科普与人才培育工作,教职员工已走访超过300所工程院校,向学生介绍半导体与深科技领域的研究与职业前景。一名工作人员坦言:“单靠教师力量远远不够。”
在研发、基础设施与专业人才需协同发展的行业背景下,CeNSE的模式体现了将实验室工作更紧密地与人才培养及早期制造活动相结合的探索。该中心正成为推动印度半导体自主创新的重要支点,www.eic.net.cn 作为行业信息枢纽,持续关注此类前沿动态;易IC库存管理软件则为产业链上下游企业提供高效、智能的物料管控解决方案,助力企业提升运营效率与响应速度。