Εφαρμογές του φύλλου χαλκού στη συσκευασία τσιπ

Φύλλο χαλκούαποκτά ολοένα και μεγαλύτερη σημασία στη συσκευασία τσιπ λόγω της ηλεκτρικής αγωγιμότητάς του, της θερμικής αγωγιμότητάς του, της δυνατότητας επεξεργασίας του και της οικονομικής του αποδοτικότητας. Ακολουθεί μια λεπτομερής ανάλυση των συγκεκριμένων εφαρμογών του στη συσκευασία τσιπ:

1. Σύνδεση σύρματος χαλκού

• Αντικατάσταση για χρυσό ή αλουμίνιοΠαραδοσιακά, χρυσά ή αλουμινένια σύρματα έχουν χρησιμοποιηθεί στη συσκευασία των τσιπ για την ηλεκτρική σύνδεση των εσωτερικών κυκλωμάτων του τσιπ με εξωτερικά καλώδια. Ωστόσο, με τις εξελίξεις στην τεχνολογία επεξεργασίας χαλκού και τις εκτιμήσεις κόστους, το φύλλο χαλκού και το χάλκινο σύρμα γίνονται σταδιακά οι κυρίαρχες επιλογές. Η ηλεκτρική αγωγιμότητα του χαλκού είναι περίπου 85-95% αυτής του χρυσού, αλλά το κόστος του είναι περίπου το ένα δέκατο, καθιστώντας τον ιδανική επιλογή για υψηλή απόδοση και οικονομική αποδοτικότητα.
• Βελτιωμένη ηλεκτρική απόδοσηΗ συγκόλληση με χάλκινα σύρματα προσφέρει χαμηλότερη αντίσταση και καλύτερη θερμική αγωγιμότητα σε εφαρμογές υψηλής συχνότητας και υψηλού ρεύματος, μειώνοντας αποτελεσματικά την απώλεια ισχύος στις διασυνδέσεις των τσιπ και βελτιώνοντας τη συνολική ηλεκτρική απόδοση. Έτσι, η χρήση φύλλου χαλκού ως αγώγιμου υλικού στις διαδικασίες συγκόλλησης μπορεί να βελτιώσει την απόδοση και την αξιοπιστία της συσκευασίας χωρίς να αυξήσει το κόστος.
• Χρησιμοποιείται σε ηλεκτρόδια και μικρο-εξογκώματαΣτη συσκευασία flip-chip, το τσιπ αναστρέφεται έτσι ώστε τα pads εισόδου/εξόδου (I/O) στην επιφάνειά του να συνδέονται απευθείας με το κύκλωμα στο υπόστρωμα της συσκευασίας. Το φύλλο χαλκού χρησιμοποιείται για την κατασκευή ηλεκτροδίων και μικρο-εξογκωμάτων, τα οποία συγκολλούνται απευθείας στο υπόστρωμα. Η χαμηλή θερμική αντίσταση και η υψηλή αγωγιμότητα του χαλκού εξασφαλίζουν αποτελεσματική μετάδοση σημάτων και ισχύος.
• Αξιοπιστία και Θερμική ΔιαχείρισηΛόγω της καλής αντοχής του στην ηλεκτρομετανάστευση και της μηχανικής αντοχής, ο χαλκός παρέχει καλύτερη μακροπρόθεσμη αξιοπιστία υπό μεταβαλλόμενους θερμικούς κύκλους και πυκνότητες ρεύματος. Επιπλέον, η υψηλή θερμική αγωγιμότητα του χαλκού βοηθά στην ταχεία διάχυση της θερμότητας που παράγεται κατά τη λειτουργία του τσιπ στο υπόστρωμα ή την ψύκτρα, ενισχύοντας τις δυνατότητες θερμικής διαχείρισης της συσκευασίας.
• Υλικό πλαισίου μολύβδου: Φύλλο χαλκούΧρησιμοποιείται ευρέως στη συσκευασία πλαισίων μολύβδου, ειδικά για τη συσκευασία ηλεκτρικών συσκευών. Το πλαίσιο μολύβδου παρέχει δομική στήριξη και ηλεκτρική σύνδεση για το τσιπ, απαιτώντας υλικά με υψηλή αγωγιμότητα και καλή θερμική αγωγιμότητα. Το φύλλο χαλκού πληροί αυτές τις απαιτήσεις, μειώνοντας αποτελεσματικά το κόστος συσκευασίας, βελτιώνοντας παράλληλα τη θερμική απαγωγή και την ηλεκτρική απόδοση.
• Τεχνικές Επιφανειακής ΕπεξεργασίαςΣε πρακτικές εφαρμογές, το φύλλο χαλκού συχνά υποβάλλεται σε επιφανειακές επεξεργασίες όπως επινικέλωση, κασσίτερο ή επαργύρωση για την πρόληψη της οξείδωσης και τη βελτίωση της συγκολλησιμότητας. Αυτές οι επεξεργασίες ενισχύουν περαιτέρω την ανθεκτικότητα και την αξιοπιστία του φύλλου χαλκού σε συσκευασίες με πλαίσιο μολύβδου.
• Αγώγιμο υλικό σε μονάδες πολλαπλών τσιπΗ τεχνολογία System-in-package ενσωματώνει πολλαπλά τσιπ και παθητικά εξαρτήματα σε ένα ενιαίο πακέτο για να επιτύχει υψηλότερη ολοκλήρωση και λειτουργική πυκνότητα. Το φύλλο χαλκού χρησιμοποιείται για την κατασκευή εσωτερικών κυκλωμάτων διασύνδεσης και χρησιμεύει ως διαδρομή αγωγιμότητας ρεύματος. Αυτή η εφαρμογή απαιτεί το φύλλο χαλκού να έχει υψηλή αγωγιμότητα και εξαιρετικά λεπτά χαρακτηριστικά για να επιτύχει υψηλότερη απόδοση σε περιορισμένο χώρο συσκευασίας.
• Εφαρμογές RF και χιλιοστομετρικών κυμάτωνΤο φύλλο χαλκού παίζει επίσης κρίσιμο ρόλο στα κυκλώματα μετάδοσης σήματος υψηλής συχνότητας σε SiP, ειδικά σε εφαρμογές ραδιοσυχνοτήτων (RF) και χιλιοστομετρικών κυμάτων. Τα χαρακτηριστικά χαμηλών απωλειών και η εξαιρετική αγωγιμότητά του του επιτρέπουν να μειώνει αποτελεσματικά την εξασθένηση του σήματος και να βελτιώνει την απόδοση μετάδοσης σε αυτές τις εφαρμογές υψηλής συχνότητας.
• Χρησιμοποιείται σε επίπεδα ανακατανομής (RDL)Στις συσκευασίες με άνοιγμα προς τα έξω, χρησιμοποιείται φύλλο χαλκού για την κατασκευή του στρώματος αναδιανομής, μια τεχνολογία που αναδιανέμει την είσοδο/έξοδο του τσιπ σε μεγαλύτερη περιοχή. Η υψηλή αγωγιμότητα και η καλή πρόσφυση του φύλλου χαλκού το καθιστούν ιδανικό υλικό για την κατασκευή στρώσεων αναδιανομής, αυξάνοντας την πυκνότητα εισόδου/εξόδου και υποστηρίζοντας την ενσωμάτωση πολλαπλών τσιπ.
• Μείωση μεγέθους και ακεραιότητα σήματοςΗ εφαρμογή φύλλου χαλκού σε στρώματα αναδιανομής βοηθά στη μείωση του μεγέθους της συσκευασίας, βελτιώνοντας παράλληλα την ακεραιότητα και την ταχύτητα μετάδοσης του σήματος, κάτι που είναι ιδιαίτερα σημαντικό σε κινητές συσκευές και εφαρμογές υπολογιστών υψηλής απόδοσης που απαιτούν μικρότερα μεγέθη συσκευασίας και υψηλότερη απόδοση.
• Ψύκτρες και θερμικά κανάλια από φύλλο χαλκούΛόγω της εξαιρετικής θερμικής αγωγιμότητάς του, το φύλλο χαλκού χρησιμοποιείται συχνά σε ψύκτρες, θερμικά κανάλια και υλικά θερμικής διεπαφής μέσα στη συσκευασία των τσιπ για να βοηθήσει στην γρήγορη μεταφορά της θερμότητας που παράγεται από το τσιπ σε εξωτερικές δομές ψύξης. Αυτή η εφαρμογή είναι ιδιαίτερα σημαντική σε τσιπ υψηλής ισχύος και συσκευασίες που απαιτούν ακριβή έλεγχο θερμοκρασίας, όπως CPU, GPU και τσιπ διαχείρισης ενέργειας.
• Χρησιμοποιείται στην τεχνολογία Through-Silicon Via (TSV)Στις τεχνολογίες συσκευασίας τσιπ 2.5D και 3D, το φύλλο χαλκού χρησιμοποιείται για τη δημιουργία αγώγιμου υλικού πλήρωσης για οπές διέλευσης πυριτίου, παρέχοντας κάθετη διασύνδεση μεταξύ των τσιπ. Η υψηλή αγωγιμότητα και η επεξεργασιμότητα του φύλλου χαλκού το καθιστούν προτιμώμενο υλικό σε αυτές τις προηγμένες τεχνολογίες συσκευασίας, υποστηρίζοντας ενσωμάτωση υψηλότερης πυκνότητας και μικρότερες διαδρομές σήματος, βελτιώνοντας έτσι τη συνολική απόδοση του συστήματος.

2. Συσκευασία Flip-Chip

3. Συσκευασία πλαισίου μολύβδου

4. Σύστημα-σε-Πακέτο (SiP)

5. Συσκευασία Fan-Out

6. Εφαρμογές Θερμικής Διαχείρισης και Απαγωγής Θερμότητας

7. Προηγμένες τεχνολογίες συσκευασίας (όπως συσκευασία 2.5D και 3D)

Συνολικά, η εφαρμογή του φύλλου χαλκού στη συσκευασία τσιπ δεν περιορίζεται στις παραδοσιακές αγώγιμες συνδέσεις και τη θερμική διαχείριση, αλλά επεκτείνεται σε αναδυόμενες τεχνολογίες συσκευασίας όπως η συσκευασία flip-chip, η συσκευασία system-in-package, η συσκευασία fan-out και η τρισδιάστατη συσκευασία. Οι πολυλειτουργικές ιδιότητες και η εξαιρετική απόδοση του φύλλου χαλκού παίζουν βασικό ρόλο στη βελτίωση της αξιοπιστίας, της απόδοσης και της οικονομικής αποδοτικότητας της συσκευασίας τσιπ.