Aplikace měděné fólie v balení čipů

Měděná fólieje stále důležitější v balení čipů kvůli své elektrické vodivosti, tepelné vodivosti, zpracovatelnosti a hospodárnosti. Zde je podrobná analýza jeho specifických aplikací v balení čipů:

1. Lepení měděným drátem

• Náhrada za zlatý nebo hliníkový drát: Tradičně se v balení čipů používají zlaté nebo hliníkové dráty k elektrickému propojení vnitřních obvodů čipu s externími vodiči. S pokrokem v technologii zpracování mědi a úvahami o nákladech se však měděné fólie a měděné dráty postupně stávají běžnou volbou. Elektrická vodivost mědi je přibližně 85-95% vodivosti zlata, ale její cena je asi desetina, což z ní dělá ideální volbu pro vysoký výkon a ekonomickou účinnost.
• Vylepšený elektrický výkon: Spojování měděným drátem nabízí nižší odpor a lepší tepelnou vodivost ve vysokofrekvenčních a vysokoproudých aplikacích, účinně snižuje ztráty energie v propojení čipů a zlepšuje celkový elektrický výkon. Použití měděné fólie jako vodivého materiálu v procesech lepení tedy může zvýšit efektivitu a spolehlivost balení bez zvýšení nákladů.
• Používá se u elektrod a mikrobumpů: U flip-chip balení je čip překlopen tak, že vstupně/výstupní (I/O) podložky na jeho povrchu jsou přímo připojeny k obvodu na substrátu pouzdra. Měděná fólie se používá k výrobě elektrod a mikrohrbolek, které se přímo připájejí k podkladu. Nízký tepelný odpor a vysoká vodivost mědi zajišťují efektivní přenos signálů a energie.
• Spolehlivost a tepelné řízení: Díky své dobré odolnosti vůči elektromigraci a mechanické pevnosti poskytuje měď lepší dlouhodobou spolehlivost při různých tepelných cyklech a proudových hustotách. Vysoká tepelná vodivost mědi navíc pomáhá rychle odvádět teplo generované během provozu čipu do substrátu nebo chladiče, čímž zlepšuje možnosti tepelného managementu pouzdra.
• Materiál olověného rámu: Měděná fólieje široce používán v balení olověných rámů, zejména pro balení energetických zařízení. Olověný rám poskytuje konstrukční podporu a elektrické připojení čipu, což vyžaduje materiály s vysokou vodivostí a dobrou tepelnou vodivostí. Měděná fólie splňuje tyto požadavky, účinně snižuje náklady na balení a zároveň zlepšuje odvod tepla a elektrický výkon.
• Techniky povrchové úpravy: V praktických aplikacích měděná fólie často prochází povrchovými úpravami, jako je pokovování niklem, cínem nebo stříbrem, aby se zabránilo oxidaci a zlepšila se pájitelnost. Tyto úpravy dále zvyšují odolnost a spolehlivost měděné fólie v balení olověných rámů.
• Vodivý materiál ve vícečipových modulech: Technologie System-in-package integruje více čipů a pasivních komponent do jednoho balíčku, aby bylo dosaženo vyšší integrace a funkční hustoty. Měděná fólie se používá k výrobě vnitřních propojovacích obvodů a slouží jako cesta vedení proudu. Tato aplikace vyžaduje, aby měděná fólie měla vysokou vodivost a ultratenkou charakteristiku pro dosažení vyššího výkonu v omezeném prostoru balení.
• RF a milimetrové aplikace: Měděná fólie také hraje klíčovou roli v obvodech přenosu vysokofrekvenčního signálu v SiP, zejména v aplikacích využívajících rádiové frekvence (RF) a milimetrové vlny. Jeho charakteristiky s nízkými ztrátami a vynikající vodivost mu umožňují účinně snížit útlum signálu a zlepšit účinnost přenosu v těchto vysokofrekvenčních aplikacích.
• Používá se ve vrstvách redistribuce (RDL): Ve vějířovém balení se měděná fólie používá ke konstrukci redistribuční vrstvy, což je technologie, která přerozděluje I/O čipu na větší plochu. Vysoká vodivost a dobrá přilnavost měděné fólie z ní činí ideální materiál pro budování redistribučních vrstev, zvyšuje hustotu I/O a podporuje integraci více čipů.
• Redukce velikosti a integrita signálu: Aplikace měděné fólie v redistribučních vrstvách pomáhá zmenšit velikost balení a zároveň zlepšuje integritu a rychlost přenosu signálu, což je zvláště důležité u mobilních zařízení a vysoce výkonných počítačových aplikací, které vyžadují menší velikosti balení a vyšší výkon.
• Chladiče a tepelné kanály z měděné fólie: Díky své vynikající tepelné vodivosti se měděná fólie často používá v chladičích, tepelných kanálech a materiálech tepelného rozhraní v balení čipů, aby pomohla rychle přenést teplo generované čipem do externích chladicích struktur. Tato aplikace je zvláště důležitá ve vysoce výkonných čipech a balíčcích vyžadujících přesné řízení teploty, jako jsou CPU, GPU a čipy pro správu napájení.
• Používá se v technologii Through-Silicon Via (TSV).: V technologiích 2,5D a 3D balení čipů se měděná fólie používá k vytvoření vodivého výplňového materiálu pro křemíkové průchody, které zajišťují vertikální propojení mezi čipy. Vysoká vodivost a zpracovatelnost měděné fólie z ní činí preferovaný materiál v těchto pokročilých balicích technologiích, podporuje integraci s vyšší hustotou a kratší signálové cesty, čímž zvyšuje celkový výkon systému.

2. Flip-Chip balení

3. Balení olověného rámu

4. System-in-Package (SiP)

5. Fan-Out balení

6. Aplikace tepelného managementu a odvodu tepla

7. Pokročilé technologie balení (jako je 2,5D a 3D balení)

Celkově se použití měděné fólie v balení čipů neomezuje na tradiční vodivé spoje a tepelné řízení, ale rozšiřuje se i na vznikající obalové technologie, jako jsou flip-chip, systém v balení, vějířové balení a 3D balení. Multifunkční vlastnosti a vynikající výkon měděné fólie hrají klíčovou roli při zlepšování spolehlivosti, výkonu a hospodárnosti balení čipů.