การประยุกต์ใช้แผ่นทองแดงในบรรจุภัณฑ์ชิป

แผ่นทองแดงกำลังมีความสำคัญเพิ่มมากขึ้นในบรรจุภัณฑ์ชิป เนื่องจากคุณสมบัติการนำไฟฟ้า การนำความร้อน ความสามารถในการแปรรูป และความคุ้มค่า ต่อไปนี้คือการวิเคราะห์โดยละเอียดเกี่ยวกับการประยุกต์ใช้เฉพาะในบรรจุภัณฑ์ชิป:

1. การยึดลวดทองแดง

• ทดแทนลวดทองหรืออลูมิเนียม:โดยทั่วไปแล้ว ลวดทองหรืออลูมิเนียมถูกนำมาใช้ในบรรจุภัณฑ์ชิปเพื่อเชื่อมต่อวงจรภายในของชิปเข้ากับสายนำไฟฟ้าภายนอก อย่างไรก็ตาม ด้วยความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีการแปรรูปทองแดงและการพิจารณาเรื่องต้นทุน ฟอยล์ทองแดงและลวดทองแดงจึงค่อยๆ กลายเป็นตัวเลือกหลัก ทองแดงมีค่าการนำไฟฟ้าประมาณ 85-95% ของทองคำ แต่มีราคาเพียงหนึ่งในสิบ จึงเป็นตัวเลือกที่เหมาะสมอย่างยิ่งสำหรับประสิทธิภาพสูงและประสิทธิภาพทางเศรษฐกิจ
• ประสิทธิภาพไฟฟ้าที่เพิ่มขึ้นการยึดลวดทองแดงช่วยลดความต้านทานและนำความร้อนได้ดีขึ้นในการใช้งานความถี่สูงและกระแสไฟฟ้าสูง ช่วยลดการสูญเสียพลังงานในการเชื่อมต่อชิปได้อย่างมีประสิทธิภาพ และปรับปรุงประสิทธิภาพทางไฟฟ้าโดยรวม ดังนั้น การใช้แผ่นทองแดงเป็นวัสดุนำไฟฟ้าในกระบวนการยึดติดจึงช่วยเพิ่มประสิทธิภาพและความน่าเชื่อถือของบรรจุภัณฑ์โดยไม่เพิ่มต้นทุน
• ใช้ในอิเล็กโทรดและไมโครบัมพ์:ในการบรรจุแบบฟลิปชิป ชิปจะถูกพลิกเพื่อให้แผ่นอินพุต/เอาต์พุต (I/O) บนพื้นผิวเชื่อมต่อโดยตรงกับวงจรบนซับสเตรตของบรรจุภัณฑ์ แผ่นทองแดงถูกนำมาใช้ทำอิเล็กโทรดและไมโครบัมพ์ ซึ่งบัดกรีเข้ากับซับสเตรตโดยตรง ทองแดงมีความต้านทานความร้อนต่ำและมีค่าการนำไฟฟ้าสูง จึงมั่นใจได้ว่าการส่งสัญญาณและพลังงานจะมีประสิทธิภาพ
• ความน่าเชื่อถือและการจัดการความร้อน:เนื่องจากทองแดงมีความทนทานต่ออิเล็กโตรไมเกรชันและความแข็งแรงเชิงกลที่ดี จึงทำให้มีความน่าเชื่อถือในระยะยาวที่ดีกว่าภายใต้วงจรความร้อนและความหนาแน่นกระแสไฟฟ้าที่เปลี่ยนแปลง นอกจากนี้ ทองแดงยังมีคุณสมบัติการนำความร้อนสูง จึงช่วยระบายความร้อนที่เกิดขึ้นระหว่างการทำงานของชิปไปยังแผ่นรองรับหรือฮีตซิงก์ได้อย่างรวดเร็ว ช่วยเพิ่มความสามารถในการจัดการความร้อนของบรรจุภัณฑ์
• วัสดุกรอบตะกั่ว: แผ่นทองแดงถูกนำมาใช้อย่างแพร่หลายในบรรจุภัณฑ์แบบกรอบตะกั่ว โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับบรรจุภัณฑ์อุปกรณ์ไฟฟ้า กรอบตะกั่วนี้รองรับโครงสร้างและเชื่อมต่อทางไฟฟ้าให้กับชิป จึงจำเป็นต้องใช้วัสดุที่มีคุณสมบัติการนำไฟฟ้าสูงและนำความร้อนได้ดี แผ่นฟอยล์ทองแดงจึงตอบโจทย์ความต้องการเหล่านี้ ช่วยลดต้นทุนบรรจุภัณฑ์ได้อย่างมีประสิทธิภาพ พร้อมทั้งปรับปรุงประสิทธิภาพการระบายความร้อนและประสิทธิภาพทางไฟฟ้า
• เทคนิคการบำบัดพื้นผิว:ในทางปฏิบัติ ฟอยล์ทองแดงมักได้รับการเคลือบพื้นผิว เช่น นิกเกิล ดีบุก หรือเงิน เพื่อป้องกันการเกิดออกซิเดชันและเพิ่มความสามารถในการบัดกรี การเคลือบเหล่านี้ช่วยเพิ่มความทนทานและความน่าเชื่อถือของฟอยล์ทองแดงในบรรจุภัณฑ์กรอบตะกั่ว
• วัสดุตัวนำในโมดูลหลายชิปเทคโนโลยี System-in-package ผสานรวมชิปและอุปกรณ์แบบพาสซีฟหลายตัวไว้ในแพ็คเกจเดียว เพื่อให้ได้ประสิทธิภาพการผสานรวมและความหนาแน่นในการใช้งานที่สูงขึ้น แผ่นทองแดงถูกนำมาใช้ในการผลิตวงจรเชื่อมต่อภายในและทำหน้าที่เป็นเส้นทางนำกระแสไฟฟ้า การใช้งานนี้จำเป็นต้องใช้แผ่นทองแดงที่มีคุณสมบัติการนำไฟฟ้าสูงและมีความบางเป็นพิเศษเพื่อให้ได้ประสิทธิภาพที่สูงขึ้นในพื้นที่บรรจุภัณฑ์ที่จำกัด
• การใช้งาน RF และคลื่นมิลลิเมตร:แผ่นทองแดงยังมีบทบาทสำคัญในวงจรส่งสัญญาณความถี่สูงใน SiP โดยเฉพาะอย่างยิ่งในการใช้งานความถี่วิทยุ (RF) และคลื่นมิลลิเมตร คุณสมบัติการสูญเสียต่ำและการนำไฟฟ้าที่ดีเยี่ยมช่วยลดการลดทอนสัญญาณได้อย่างมีประสิทธิภาพและเพิ่มประสิทธิภาพในการส่งสัญญาณในการใช้งานความถี่สูงเหล่านี้
• ใช้ในเลเยอร์การแจกจ่ายซ้ำ (RDL):ในบรรจุภัณฑ์แบบพัดลม ฟอยล์ทองแดงถูกนำมาใช้เพื่อสร้างชั้นกระจายสัญญาณ (redistribution layer) ซึ่งเป็นเทคโนโลยีที่กระจายสัญญาณ I/O ของชิปไปยังพื้นที่ที่กว้างขึ้น ด้วยคุณสมบัติการนำไฟฟ้าที่สูงและการยึดเกาะที่ดีของฟอยล์ทองแดง ทำให้เป็นวัสดุที่เหมาะสำหรับการสร้างชั้นกระจายสัญญาณ เพิ่มความหนาแน่นของ I/O และรองรับการผสานรวมชิปหลายตัว
• การลดขนาดและความสมบูรณ์ของสัญญาณ:การประยุกต์ใช้แผ่นทองแดงในชั้นการกระจายใหม่ช่วยลดขนาดของแพ็คเกจในขณะที่ปรับปรุงความสมบูรณ์และความเร็วในการส่งสัญญาณ ซึ่งมีความสำคัญอย่างยิ่งในอุปกรณ์พกพาและแอปพลิเคชันคอมพิวเตอร์ประสิทธิภาพสูงที่ต้องการขนาดแพ็คเกจที่เล็กกว่าและประสิทธิภาพที่สูงขึ้น
• แผ่นระบายความร้อนและช่องระบายความร้อนแบบฟอยล์ทองแดงเนื่องจากคุณสมบัติการนำความร้อนที่ดีเยี่ยม ฟอยล์ทองแดงจึงมักถูกนำมาใช้ในแผงระบายความร้อน ช่องระบายความร้อน และวัสดุเชื่อมต่อความร้อนภายในบรรจุภัณฑ์ชิป เพื่อช่วยถ่ายเทความร้อนที่เกิดจากชิปไปยังโครงสร้างระบายความร้อนภายนอกได้อย่างรวดเร็ว การใช้งานนี้มีความสำคัญอย่างยิ่งในชิปและบรรจุภัณฑ์กำลังสูงที่ต้องการการควบคุมอุณหภูมิที่แม่นยำ เช่น ซีพียู จีพียู และชิปจัดการพลังงาน
• ใช้ในเทคโนโลยี Through-Silicon Via (TSV)ในเทคโนโลยีการบรรจุชิปแบบ 2.5D และ 3D ฟอยล์ทองแดงถูกนำมาใช้เพื่อสร้างวัสดุเติมตัวนำสำหรับ vias ซิลิคอนแบบทะลุผ่าน ซึ่งทำให้สามารถเชื่อมต่อชิปในแนวตั้งได้ ฟอยล์ทองแดงมีคุณสมบัติการนำไฟฟ้าและความสามารถในการขึ้นรูปสูง ทำให้เป็นวัสดุที่ได้รับความนิยมในเทคโนโลยีการบรรจุขั้นสูงเหล่านี้ รองรับการรวมความหนาแน่นที่สูงขึ้นและเส้นทางสัญญาณที่สั้นลง จึงช่วยเพิ่มประสิทธิภาพโดยรวมของระบบ

2. บรรจุภัณฑ์แบบฟลิปชิป

3. บรรจุภัณฑ์กรอบตะกั่ว

4. ระบบในแพ็คเกจ (SiP)

5. บรรจุภัณฑ์แบบพัดออก

6. การจัดการความร้อนและการกระจายความร้อน

7. เทคโนโลยีการบรรจุภัณฑ์ขั้นสูง (เช่น บรรจุภัณฑ์ 2.5D และ 3D)

โดยรวมแล้ว การประยุกต์ใช้แผ่นทองแดงในบรรจุภัณฑ์ชิปไม่ได้จำกัดอยู่เพียงการเชื่อมต่อแบบนำไฟฟ้าแบบดั้งเดิมและการจัดการความร้อนเท่านั้น แต่ยังขยายไปสู่เทคโนโลยีบรรจุภัณฑ์ที่กำลังพัฒนา เช่น บรรจุภัณฑ์แบบฟลิปชิป บรรจุภัณฑ์แบบซิสเต็มอินแพ็คเกจ บรรจุภัณฑ์แบบแฟนเอาท์ และบรรจุภัณฑ์แบบสามมิติ คุณสมบัติอเนกประสงค์และประสิทธิภาพที่ยอดเยี่ยมของแผ่นทองแดงมีบทบาทสำคัญในการปรับปรุงความน่าเชื่อถือ ประสิทธิภาพ และความคุ้มค่าของบรรจุภัณฑ์ชิป