Εφαρμογές φύλλου χαλκού σε συσκευασία τσιπ

Χάλκινο φύλλογίνεται ολοένα και πιο σημαντική στη συσκευασία τσιπ λόγω της ηλεκτρικής αγωγιμότητας, της θερμικής αγωγιμότητας, της δυνατότητας επεξεργασίας και της οικονομικής αποδοτικότητάς τους. Ακολουθεί μια λεπτομερής ανάλυση των ειδικών εφαρμογών του στη συσκευασία τσιπ:

1. Συγκόλληση σύρματος χαλκού

• Αντικατάσταση για σύρμα χρυσού ή αλουμινίου: Παραδοσιακά, σύρματα χρυσού ή αλουμινίου χρησιμοποιούνται στη συσκευασία των τσιπ για την ηλεκτρική σύνδεση του εσωτερικού κυκλώματος του τσιπ με εξωτερικά καλώδια. Ωστόσο, με την πρόοδο στην τεχνολογία επεξεργασίας χαλκού και τις εκτιμήσεις κόστους, το φύλλο χαλκού και το σύρμα χαλκού γίνονται σταδιακά βασικές επιλογές. Η ηλεκτρική αγωγιμότητα του χαλκού είναι περίπου 85-95% εκείνης του χρυσού, αλλά το κόστος του είναι περίπου το ένα δέκατο, καθιστώντας τον ιδανική επιλογή για υψηλή απόδοση και οικονομική απόδοση.
• Βελτιωμένη ηλεκτρική απόδοση: Η συγκόλληση σύρματος χαλκού προσφέρει χαμηλότερη αντίσταση και καλύτερη θερμική αγωγιμότητα σε εφαρμογές υψηλής συχνότητας και υψηλού ρεύματος, μειώνοντας αποτελεσματικά την απώλεια ισχύος στις διασυνδέσεις τσιπ και βελτιώνοντας τη συνολική ηλεκτρική απόδοση. Έτσι, η χρήση φύλλου χαλκού ως αγώγιμου υλικού στις διαδικασίες συγκόλλησης μπορεί να βελτιώσει την αποτελεσματικότητα και την αξιοπιστία της συσκευασίας χωρίς αύξηση του κόστους.
• Χρησιμοποιείται σε ηλεκτρόδια και μικρο-προσκρούσεις: Στη συσκευασία flip-chip, το τσιπ ανατρέπεται έτσι ώστε τα μαξιλαράκια 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 Διαχείριση: Λόγω της καλής αντοχής του στην ηλεκτρομετανάστευση και της μηχανικής αντοχής, ο χαλκός παρέχει καλύτερη μακροπρόθεσμη αξιοπιστία κάτω από ποικίλους θερμικούς κύκλους και πυκνότητες ρεύματος. Επιπλέον, η υψηλή θερμική αγωγιμότητα του χαλκού βοηθά στη γρήγορη 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: Χάλκινο φύλλοχρησιμοποιείται ευρέως στη συσκευασία πλαισίων μολύβδου, ειδικά για συσκευασία ηλεκτρικών συσκευών. Το πλαίσιο μολύβδου παρέχει δομική υποστήριξη 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 Επεξεργασίας Επιφανειών: Σε πρακτικές εφαρμογές, το φύλλο χαλκού συχνά υφίσταται επιφανειακές επεξεργασίες όπως νικέλιο, κασσίτερο ή επάργυρο για την πρόληψη της οξείδωσης και τη βελτίωση της ικανότητας συγκόλλησης. Αυτές οι επεξεργασίες 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 την επίτευξη υψηλότερης ενοποίησης και λειτουργικής πυκνότητας. 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 την επίτευξη υψηλότερης απόδοσης σε περιορισμένο χώρο συσκευασίας.
• Εφαρμογές RF και χιλιοστών κυμάτων: Το φύλλο χαλκού παίζει επίσης κρίσιμο ρόλο σε κυκλώματα μετάδοσης σήματος υψηλής συχνότητας στο SiP, ειδικά σε εφαρμογές ραδιοσυχνοτήτων (RF) και κυμάτων χιλιοστών. Τα χαρακτηριστικά χαμηλών απωλειών και η εξαιρετική αγωγιμότητα 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): Σε συσκευασίες με ανεμιστήρα, χρησιμοποιείται φύλλο χαλκού για την κατασκευή του στρώματος ανακατανομής, μια τεχνολογία που ανακατανέμει το chip I/O σε μεγαλύτερη περιοχή. Η υψηλή αγωγιμότητα και η καλή πρόσφυση του φύλλου χαλκού το καθιστούν ιδανικό υλικό για την κατασκευή στρωμάτων ανακατανομής, την αύξηση της πυκνότητας I/O και την υποστήριξη της ενσωμάτωσης πολλαπλών τσιπ.
• Μείωση μεγέθους και ακεραιότητα σήματος: Η εφαρμογή φύλλου χαλκού σε στρώματα αναδιανομής συμβάλλει στη μείωση του μεγέθους της συσκευασίας βελτιώνοντας 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.
• Ψύκτες θερμότητας και θερμικά κανάλια χαλκού: Λόγω της εξαιρετικής θερμικής αγωγιμότητάς του, το φύλλο χαλκού χρησιμοποιείται συχνά σε ψύκτρες, θερμικά κανάλια και υλικά θερμικής διεπαφής εντός της συσκευασίας τσιπ για να βοηθήσει στη γρήγορη μεταφορά της 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 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 διαμπερείς διόδους πυριτίου, παρέχοντας κάθετη διασύνδεση μεταξύ των τσιπ. Η υψηλή αγωγιμότητα και η δυνατότητα επεξεργασίας του φύλλου χαλκού το καθιστούν ένα 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. System-in-Package (SiP)

5. Συσκευασία Fan-Out

6. Εφαρμογές Θερμικής Διαχείρισης και Απαγωγής Θερμότητας

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

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 flip-chip, system-in-package, fan-out συσκευασία και 3D συσκευασία. Οι πολυλειτουργικές ιδιότητες και η εξαιρετική απόδοση του φύλλου χαλκού διαδραματίζουν βασικό ρόλο στη βελτίωση της αξιοπιστίας, της απόδοσης και της οικονομικής απόδοσης της συσκευασίας τσιπ.