Εφαρμογές του αλουμινίου χαλκού στη συσκευασία τσιπ

Αλουμινόχαρτογίνεται όλο και πιο σημαντική στη συσκευασία των τσιπ λόγω της ηλεκτρικής αγωγιμότητας, της θερμικής αγωγιμότητας, της επεξεργασίας και της αποτελεσματικότητας κόστους. Ακολουθεί μια λεπτομερή ανάλυση των ειδικών εφαρμογών της στη συσκευασία τσιπ:

1. Συγκόλληση χάλκινων

• Αντικατάσταση για καλώδιο χρυσού ή αλουμινίου: Παραδοσιακά, τα καλώδια χρυσού ή αλουμινίου έχουν χρησιμοποιηθεί σε συσκευασίες τσιπ για να συνδέουν ηλεκτρικά τα εσωτερικά κυκλώματα του τσιπ σε εξωτερικούς αγωγούς. Ωστόσο, με την πρόοδο της τεχνολογίας επεξεργασίας χαλκού και των εκτιμήσεων κόστους, το φύλλο χαλκού και το σύρμα χαλκού γίνονται σταδιακά οι βασικές επιλογές. Η ηλεκτρική αγωγιμότητα του χαλκού είναι περίπου 85-95% του χρυσού, αλλά το κόστος του είναι περίπου το ένα δέκατο, καθιστώντας την ιδανική επιλογή για υψηλή απόδοση και οικονομική αποτελεσματικότητα.
• Βελτιωμένη ηλεκτρική απόδοση: Η συγκόλληση χάλκινων καλωδίων προσφέρει χαμηλότερη αντίσταση και καλύτερη θερμική αγωγιμότητα σε εφαρμογές υψηλής συχνότητας και υψηλής ισχύος, μειώνοντας αποτελεσματικά την απώλεια ισχύος στις διασυνδέσεις των τσιπ και τη βελτίωση της συνολικής ηλεκτρικής απόδοσης. Έτσι, η χρήση του φύλλου χαλκού ως αγώγιμου υλικού στις διαδικασίες συγκόλλησης μπορεί να ενισχύσει την αποτελεσματικότητα και την αξιοπιστία της συσκευασίας χωρίς να αυξήσει το κόστος.
• Χρησιμοποιείται σε ηλεκτρόδια και μικρο-μπλοκ: Στη συσκευασία flip-chip, το τσιπ αναποδογυνεί έτσι ώστε τα μαξιλάρια εισόδου/εξόδου (I/O) στην επιφάνεια του να συνδέονται απευθείας στο κύκλωμα στο υπόστρωμα συσκευασίας. Το φύλλο χαλκού χρησιμοποιείται για την παρασκευή ηλεκτροδίων και μικρο-αντίδερων, τα οποία συγκολλούνται άμεσα στο υπόστρωμα. Η χαμηλή θερμική αντίσταση και η υψηλή αγωγιμότητα του χαλκού εξασφαλίζουν αποτελεσματική μετάδοση σημάτων και ισχύος.
• Αξιοπιστία και θερμική διαχείριση: Λόγω της καλής αντοχής του στην ηλεκτρομαγνητική και μηχανική αντοχή, ο χαλκός παρέχει καλύτερη μακροπρόθεσμη αξιοπιστία κάτω από ποικίλους θερμικούς κύκλους και πυκνότητες ρεύματος. Επιπλέον, η υψηλή θερμική αγωγιμότητα του χαλκού βοηθάει να διαλυθεί γρήγορα η θερμότητα που παράγεται κατά τη διάρκεια της λειτουργίας του τσιπ στο υπόστρωμα ή στη θερμότητα, ενισχύοντας τις δυνατότητες θερμικής διαχείρισης της συσκευασίας.
• Υλικό πλαισίου μολύβδου: Αλουμινόχαρτοχρησιμοποιείται ευρέως στη συσκευασία πλαισίου μολύβδου, ειδικά για τη συσκευασία συσκευών ισχύος. Το πλαίσιο μολύβδου παρέχει δομική υποστήριξη και ηλεκτρική σύνδεση για το τσιπ, απαιτώντας υλικά με υψηλή αγωγιμότητα και καλή θερμική αγωγιμότητα. Το αλουμινόχαρτο καλύπτει αυτές τις απαιτήσεις, μειώνοντας αποτελεσματικά το κόστος συσκευασίας, βελτιώνοντας ταυτόχρονα τη θερμική διάχυση και την ηλεκτρική απόδοση.
• Τεχνικές επιφανείας: Σε πρακτικές εφαρμογές, το φύλλο χαλκού υφίσταται συχνά επιφανειακές θεραπείες όπως το νικέλιο, το κασσίτερο ή το ασημένιο επιμετάλλωση για την πρόληψη της οξείδωσης και τη βελτίωση της συγκόλλησης. Αυτές οι θεραπείες ενισχύουν περαιτέρω την ανθεκτικότητα και την αξιοπιστία του φύλλου χαλκού στη συσκευασία πλαισίου μολύβδου.
• Αγώγιμο υλικό σε μονάδες πολλαπλών τσιπ: Η τεχνολογία System-in-Package ενσωματώνει πολλαπλά τσιπ και παθητικά εξαρτήματα σε ένα ενιαίο πακέτο για να επιτευχθεί υψηλότερη ολοκλήρωση και λειτουργική πυκνότητα. Το φύλλο χαλκού χρησιμοποιείται για την κατασκευή εσωτερικών κυκλωμάτων διασύνδεσης και χρησιμεύει ως τρέχουσα διαδρομή αγωγιμότητας. Αυτή η εφαρμογή απαιτεί από το φύλλο χαλκού να έχει υψηλή αγωγιμότητα και εξαιρετικά λεπτά χαρακτηριστικά για την επίτευξη υψηλότερων επιδόσεων σε περιορισμένο χώρο συσκευασίας.
• Εφαρμογές RF και χιλιοστού κύματος: Το φύλλο χαλκού διαδραματίζει επίσης κρίσιμο ρόλο στα κυκλώματα μετάδοσης σήματος υψηλής συχνότητας στο SIP, ειδικά στις εφαρμογές ραδιοσυχνότητας (RF) και χιλιοστών. Τα χαρακτηριστικά χαμηλής απώλειας και η εξαιρετική αγωγιμότητα του επιτρέπουν να μειώσει αποτελεσματικά την εξασθένηση του σήματος και να βελτιώσει την αποτελεσματικότητα της μετάδοσης σε αυτές τις εφαρμογές υψηλής συχνότητας.
• Χρησιμοποιούνται σε στρώματα αναδιανομής (RDL): Στη συσκευασία ανεμιστήρων, το φύλλο χαλκού χρησιμοποιείται για την κατασκευή του στρώματος αναδιανομής, μιας τεχνολογίας που αναδιαμορφώνει το I/O του τσιπ σε μια μεγαλύτερη περιοχή. Η υψηλή αγωγιμότητα και η καλή προσκόλληση του φύλλου χαλκού καθιστούν το ιδανικό υλικό για την κατασκευή στρώσεων αναδιανομής, αυξάνοντας την πυκνότητα εισόδου/εξόδου και την υποστήριξη της ενσωμάτωσης πολλαπλών τσιπ.
• Μείωση μεγέθους και ακεραιότητα σήματος: Η εφαρμογή του φύλλου χαλκού στα στρώματα αναδιανομής βοηθά στη μείωση του μεγέθους του πακέτου, βελτιώνοντας ταυτόχρονα την ακεραιότητα και την ταχύτητα μετάδοσης σήματος, η οποία είναι ιδιαίτερα σημαντική σε κινητές συσκευές και εφαρμογές υπολογιστών υψηλής απόδοσης που απαιτούν μικρότερα μεγέθη συσκευασίας και υψηλότερες επιδόσεις.
• Θερμοκρασία χαλκού και θερμικά κανάλια: Λόγω της εξαιρετικής θερμικής αγωγιμότητας, το φύλλο χαλκού χρησιμοποιείται συχνά σε ψύκτους θερμότητας, θερμικά κανάλια και υλικά θερμικής διασύνδεσης εντός συσκευασίας τσιπ για να βοηθήσει γρήγορα στη μεταφορά θερμότητας που παράγεται από το τσιπ σε εξωτερικές δομές ψύξης. Αυτή η εφαρμογή είναι ιδιαίτερα σημαντική σε τσιπ και πακέτα υψηλής ισχύος που απαιτούν ακριβή έλεγχο της θερμοκρασίας, όπως CPU, GPU και μάρκες διαχείρισης ενέργειας.
• Χρησιμοποιείται σε τεχνολογία μέσω Silicon μέσω (TSV): Σε τεχνολογίες συσκευασίας 2,5D και 3D chip, χρησιμοποιείται το φύλλο χαλκού για τη δημιουργία αγώγιμου υλικού γεμίσματος για δήμους διαμέσου σιλικόν, παρέχοντας κατακόρυφη διασύνδεση μεταξύ των τσιπς. Η υψηλή αγωγιμότητα και η επεξεργασία του φύλλου χαλκού καθιστούν ένα προτιμώμενο υλικό σε αυτές τις προηγμένες τεχνολογίες συσκευασίας, υποστηρίζοντας την ενσωμάτωση υψηλότερης πυκνότητας και τις μικρότερες διαδρομές σήματος, ενισχύοντας έτσι τη συνολική απόδοση του συστήματος.

2. Συσκευασία flip-chip

3. Συσκευασία πλαισίου μολύβδου

4. ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΟΣ (SIP)

5. Συσκευασία fan-out

6. Εφαρμογές θερμικής διαχείρισης και διάχυσης θερμότητας

7. Προηγμένες τεχνολογίες συσκευασίας (όπως 2,5D και 3D συσκευασία)

Συνολικά, η εφαρμογή του αλουμινίου χαλκού σε συσκευασίες τσιπ δεν περιορίζεται στις παραδοσιακές αγώγιμες συνδέσεις και τη θερμική διαχείριση, αλλά επεκτείνεται σε αναδυόμενες τεχνολογίες συσκευασίας, όπως το flip-chip, το σύστημα-σε πακέτα, τη συσκευασία fan-out και τη συσκευασία 3D. Οι πολυλειτουργικές ιδιότητες και η εξαιρετική απόδοση του αλουμινίου χαλκού διαδραματίζουν βασικό ρόλο στη βελτίωση της αξιοπιστίας, της απόδοσης και της αποδοτικότητας του κόστους της συσκευασίας τσιπ.