יישומים של רדיד נחושת באריזת שבבים

נייר כסף נחושתהופך חשוב יותר ויותר באריזת שבבים בשל המוליכות החשמלית, המוליכות התרמית, יכולת העיבוד והעלות-תועלת שלה. להלן ניתוח מפורט של היישומים הספציפיים שלו באריזת שבבים:

1. הדבקת חוטי נחושת

• תחליף לחוט זהב או אלומיניום: באופן מסורתי נעשה שימוש בחוטי זהב או אלומיניום באריזת שבבים לחיבור חשמלי של המעגלים הפנימיים של השבב ללידים חיצוניים. עם זאת, עם ההתקדמות בטכנולוגיית עיבוד הנחושת ושיקולי עלות, רדיד נחושת וחוטי נחושת הופכים בהדרגה לבחירות מיינסטרים. המוליכות החשמלית של נחושת היא בערך 85-95% מזו של זהב, אך העלות שלה היא כעשירית, מה שהופך אותה לבחירה אידיאלית עבור ביצועים גבוהים ויעילות כלכלית.
• ביצועים חשמליים משופרים: חיבור חוטי נחושת מציע התנגדות נמוכה יותר ומוליכות תרמית טובה יותר ביישומי תדר גבוה וזרם גבוה, מפחית ביעילות את אובדן הכוח בחיבורי שבבים ומשפר את הביצועים החשמליים הכוללים. לפיכך, שימוש בנייר נחושת כחומר מוליך בתהליכי הדבקה יכול לשפר את היעילות והאמינות של האריזה מבלי להגדיל את העלויות.
• משמש באלקטרודות ומיקרו-גבשושיות: באריזת Flip-Chip, השבב מתהפך כך שרפידות הקלט/פלט (I/O) על פני השטח שלו מחוברות ישירות למעגל שעל מצע האריזה. נייר נחושת משמש לייצור אלקטרודות ומיקרו בליטות, המולחמות ישירות למצע. ההתנגדות התרמית הנמוכה והמוליכות הגבוהה של הנחושת מבטיחים שידור יעיל של אותות והספק.
• אמינות וניהול תרמי: בשל עמידותה הטובה בפני אלקטרומגרציה וחוזק מכני, הנחושת מספקת אמינות טובה יותר לטווח ארוך במחזורים תרמיים וצפיפות זרם משתנים. בנוסף, המוליכות התרמית הגבוהה של הנחושת מסייעת בפיזור מהיר של חום שנוצר במהלך פעולת השבב אל המצע או גוף הקירור, ומשפרת את יכולות הניהול התרמי של החבילה.
• חומר מסגרת עופרת: נייר כסף נחושתנמצא בשימוש נרחב באריזת מסגרת עופרת, במיוחד לאריזת מכשירי חשמל. מסגרת העופרת מספקת תמיכה מבנית וחיבור חשמלי לשבב, הדורשת חומרים בעלי מוליכות גבוהה ומוליכות תרמית טובה. רדיד נחושת עונה על הדרישות הללו, ומפחית ביעילות את עלויות האריזה תוך שיפור פיזור תרמי וביצועים חשמליים.
• טכניקות טיפול פני השטח: ביישומים מעשיים, רדיד נחושת עובר לעיתים קרובות טיפולי משטח כגון ניקל, פח או ציפוי כסף כדי למנוע חמצון ולשפר את יכולת ההלחמה. טיפולים אלו משפרים עוד יותר את העמידות והאמינות של רדיד נחושת באריזה של מסגרת עופרת.
• חומר מוליך במודולים מרובי שבבים: טכנולוגיית System-in-Package משלבת שבבים מרובים ורכיבים פסיביים בחבילה אחת כדי להשיג אינטגרציה גבוהה יותר וצפיפות תפקודית. רדיד נחושת משמש לייצור מעגלים מקשרים פנימיים ומשמש נתיב הולכת זרם. יישום זה דורש שרדיד נחושת בעל מוליכות גבוהה ומאפיינים דקים במיוחד כדי להשיג ביצועים גבוהים יותר בשטח אריזה מוגבל.
• יישומי RF ומילימטר-גל: רדיד נחושת ממלא גם תפקיד מכריע במעגלי העברת אותות בתדר גבוה ב-SiP, במיוחד ביישומי תדר רדיו (RF) וגלי מילימטר. מאפייני האובדן הנמוכים והמוליכות המעולה שלו מאפשרים לו להפחית את הנחתת האות ביעילות ולשפר את יעילות השידור ביישומים בתדר גבוה אלה.
• משמש בשכבות הפצה מחדש (RDL): באריזת מאוורר, נעשה שימוש בנייר נחושת לבניית שכבת הפיזור מחדש, טכנולוגיה המפיצה מחדש קלט/פלט של שבבים לאזור גדול יותר. המוליכות הגבוהה וההיצמדות הטובה של רדיד נחושת הופכים אותו לחומר אידיאלי לבניית שכבות חלוקה מחדש, הגדלת צפיפות ה-I/O ותמיכה באינטגרציה מרובה שבבים.
• הפחתת גודל ושלמות אותות: היישום של רדיד נחושת בשכבות חלוקה מחדש עוזר להפחית את גודל החבילה תוך שיפור שלמות ומהירות העברת האות, דבר שחשוב במיוחד במכשירים ניידים ויישומי מחשוב בעלי ביצועים גבוהים הדורשים גדלי אריזה קטנים יותר וביצועים גבוהים יותר.
• גופי קירור ותעלות תרמיות בנייר כסף נחושת: בשל המוליכות התרמית המעולה שלו, נעשה שימוש ברדיד נחושת לעתים קרובות בגוף קירור, תעלות תרמיות וחומרי ממשק תרמי בתוך אריזת שבבים כדי לסייע בהעברת חום שנוצר על ידי השבב למבני קירור חיצוניים. יישום זה חשוב במיוחד בשבבים וחבילות בעלי הספק גבוה הדורשים בקרת טמפרטורה מדויקת, כגון CPUs, GPUs ושבבי ניהול צריכת חשמל.
• משמש בטכנולוגיית Through-Silicon Via (TSV).: בטכנולוגיות אריזת שבבים 2.5D ותלת מימדים, נעשה שימוש בנייר נחושת ליצירת חומר מילוי מוליך עבור דרך סיליקון, המספק חיבור אנכי בין שבבים. המוליכות הגבוהה ויכולת העיבוד של רדיד נחושת הופכות אותו לחומר מועדף בטכנולוגיות אריזה מתקדמות אלו, התומכים באינטגרציה בצפיפות גבוהה יותר ובנתיבי אותות קצרים יותר, ובכך משפרים את ביצועי המערכת הכוללים.

2. אריזת Flip-Chip

3. אריזת מסגרת עופרת

4. מערכת בתוך חבילה (SiP)

5. אריזה מאווררת

6. יישומי ניהול תרמי ופיזור חום

7. טכנולוגיות אריזה מתקדמות (כגון אריזה 2.5D ו-3D)

בסך הכל, היישום של רדיד נחושת באריזות שבבים אינו מוגבל לחיבורים מוליכים מסורתיים וניהול תרמי אלא מתרחב לטכנולוגיות אריזה מתפתחות כגון Flip-Chip, System-in-Package, Fan-out אריזות ואריזות תלת מימדיות. המאפיינים הרב-תכליתיים והביצועים המצוינים של רדיד נחושת ממלאים תפקיד מפתח בשיפור האמינות, הביצועים והעלות-תועלת של אריזת שבבים.