การประยุกต์ใช้แผ่นทองแดงในบรรจุภัณฑ์ชิป

แผ่นทองแดงกำลังมีความสำคัญเพิ่มมากขึ้นในการบรรจุชิปเนื่องจากคุณสมบัติในการนำไฟฟ้า การนำความร้อน ความสามารถในการแปรรูป และความคุ้มทุน ต่อไปนี้คือการวิเคราะห์โดยละเอียดเกี่ยวกับการใช้งานเฉพาะในการบรรจุชิป:

1. การยึดลวดทองแดง

• ทดแทนลวดทองหรืออลูมิเนียม:โดยปกติแล้ว ลวดทองหรืออลูมิเนียมจะถูกใช้ในการบรรจุชิปเพื่อเชื่อมต่อวงจรภายในของชิปกับสายภายนอกด้วยไฟฟ้า อย่างไรก็ตาม ด้วยความก้าวหน้าในเทคโนโลยีการประมวลผลทองแดงและการพิจารณาต้นทุน แผ่นทองแดงและลวดทองแดงจึงค่อยๆ กลายเป็นตัวเลือกหลัก ทองแดงมีค่าการนำไฟฟ้าประมาณ 85-95% ของทองคำ แต่มีราคาเพียงหนึ่งในสิบ ทำให้ทองแดงเป็นตัวเลือกที่เหมาะสำหรับประสิทธิภาพสูงและประสิทธิภาพทางเศรษฐกิจ
• ประสิทธิภาพไฟฟ้าที่เพิ่มขึ้น:การเชื่อมลวดทองแดงช่วยลดความต้านทานและนำความร้อนได้ดีขึ้นในแอพพลิเคชั่นความถี่สูงและกระแสไฟฟ้าสูง ช่วยลดการสูญเสียพลังงานในการเชื่อมต่อชิปได้อย่างมีประสิทธิภาพและปรับปรุงประสิทธิภาพไฟฟ้าโดยรวม ดังนั้น การใช้แผ่นทองแดงเป็นวัสดุตัวนำในกระบวนการเชื่อมจึงสามารถเพิ่มประสิทธิภาพและความน่าเชื่อถือของบรรจุภัณฑ์ได้โดยไม่เพิ่มต้นทุน
• ใช้ในอิเล็กโทรดและไมโครบัมพ์:ในการบรรจุแบบฟลิปชิป ชิปจะถูกพลิกเพื่อให้แผ่นอินพุต/เอาต์พุต (I/O) บนพื้นผิวของชิปเชื่อมต่อกับวงจรบนพื้นผิวของแพ็คเกจโดยตรง แผ่นทองแดงใช้ทำอิเล็กโทรดและไมโครบัมพ์ ซึ่งบัดกรีโดยตรงกับพื้นผิว ความต้านทานความร้อนต่ำและการนำไฟฟ้าสูงของทองแดงทำให้ส่งสัญญาณและจ่ายไฟได้อย่างมีประสิทธิภาพ
• ความน่าเชื่อถือและการจัดการความร้อน:เนื่องจากทองแดงมีความต้านทานต่อกระแสไฟฟ้าและความแข็งแรงเชิงกลที่ดี จึงทำให้มีความน่าเชื่อถือในระยะยาวภายใต้วงจรความร้อนและความหนาแน่นของกระแสไฟฟ้าที่หลากหลาย นอกจากนี้ การนำความร้อนสูงของทองแดงยังช่วยระบายความร้อนที่เกิดขึ้นระหว่างการทำงานของชิปไปยังพื้นผิวหรือตัวระบายความร้อนได้อย่างรวดเร็ว ช่วยเพิ่มความสามารถในการจัดการความร้อนของแพ็คเกจ
• วัสดุกรอบตะกั่ว: แผ่นทองแดงใช้กันอย่างแพร่หลายในบรรจุภัณฑ์กรอบตะกั่ว โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับบรรจุภัณฑ์อุปกรณ์ไฟฟ้า กรอบตะกั่วให้การรองรับโครงสร้างและการเชื่อมต่อไฟฟ้าสำหรับชิป ซึ่งต้องใช้วัสดุที่มีคุณสมบัติการนำไฟฟ้าสูงและการนำความร้อนที่ดี แผ่นทองแดงตอบสนองความต้องการเหล่านี้ ช่วยลดต้นทุนบรรจุภัณฑ์ได้อย่างมีประสิทธิภาพ พร้อมทั้งปรับปรุงการกระจายความร้อนและประสิทธิภาพทางไฟฟ้า
• เทคนิคการบำบัดพื้นผิว:ในการใช้งานจริง แผ่นทองแดงมักจะได้รับการเคลือบพื้นผิว เช่น นิกเกิล ดีบุก หรือเงิน เพื่อป้องกันการเกิดออกซิเดชันและปรับปรุงการบัดกรี การเคลือบเหล่านี้ช่วยเพิ่มความทนทานและความน่าเชื่อถือของแผ่นทองแดงในบรรจุภัณฑ์กรอบตะกั่ว
• วัสดุตัวนำในโมดูลหลายชิป:เทคโนโลยี System-in-package จะรวมชิปและส่วนประกอบแบบพาสซีฟหลายตัวเข้าไว้ในแพ็คเกจเดียวเพื่อให้เกิดการรวมและความหนาแน่นของฟังก์ชันที่สูงขึ้น แผ่นทองแดงใช้ในการผลิตวงจรเชื่อมต่อภายในและทำหน้าที่เป็นเส้นทางการนำกระแสไฟฟ้า การใช้งานนี้ต้องใช้แผ่นทองแดงที่มีคุณสมบัติในการนำไฟฟ้าสูงและลักษณะที่บางเป็นพิเศษเพื่อให้ได้ประสิทธิภาพที่สูงขึ้นในพื้นที่บรรจุภัณฑ์ที่จำกัด
• การใช้งาน RF และคลื่นมิลลิเมตร:แผ่นทองแดงยังมีบทบาทสำคัญในวงจรส่งสัญญาณความถี่สูงใน SiP โดยเฉพาะในแอปพลิเคชันความถี่วิทยุ (RF) และคลื่นมิลลิเมตร คุณสมบัติการสูญเสียต่ำและสภาพนำไฟฟ้าที่ยอดเยี่ยมทำให้สามารถลดการลดทอนสัญญาณได้อย่างมีประสิทธิภาพและปรับปรุงประสิทธิภาพในการส่งสัญญาณในแอปพลิเคชันความถี่สูงเหล่านี้
• ใช้ในเลเยอร์การกระจายซ้ำ (RDL):ในบรรจุภัณฑ์แบบพัดออก ฟอยล์ทองแดงจะถูกใช้เพื่อสร้างชั้นการกระจายซ้ำ ซึ่งเป็นเทคโนโลยีที่กระจาย I/O ของชิปไปยังพื้นที่ขนาดใหญ่ ความสามารถในการนำไฟฟ้าสูงและการยึดเกาะที่ดีของฟอยล์ทองแดงทำให้เป็นวัสดุที่เหมาะสำหรับการสร้างชั้นการกระจายซ้ำ เพิ่มความหนาแน่นของ I/O และรองรับการรวมชิปหลายตัว
• การลดขนาดและความสมบูรณ์ของสัญญาณ:การนำแผ่นทองแดงมาใช้ในชั้นกระจายใหม่จะช่วยลดขนาดบรรจุภัณฑ์ในขณะที่ปรับปรุงความสมบูรณ์และความเร็วในการส่งสัญญาณ ซึ่งมีความสำคัญอย่างยิ่งในอุปกรณ์พกพาและแอปพลิเคชันการประมวลผลประสิทธิภาพสูงที่ต้องการขนาดบรรจุภัณฑ์ที่เล็กกว่าและประสิทธิภาพที่สูงขึ้น
• แผ่นระบายความร้อนและช่องระบายความร้อนแบบฟอยล์ทองแดง:เนื่องจากคุณสมบัติในการนำความร้อนที่ยอดเยี่ยม แผ่นทองแดงจึงมักใช้เป็นตัวระบายความร้อน ช่องระบายความร้อน และวัสดุอินเทอร์เฟซความร้อนภายในบรรจุภัณฑ์ชิป เพื่อช่วยถ่ายเทความร้อนที่เกิดจากชิปไปยังโครงสร้างระบายความร้อนภายนอกได้อย่างรวดเร็ว การใช้งานนี้มีความสำคัญอย่างยิ่งในชิปและบรรจุภัณฑ์ที่มีกำลังไฟสูงซึ่งต้องการการควบคุมอุณหภูมิที่แม่นยำ เช่น CPU, GPU และชิปจัดการพลังงาน
• ใช้ในเทคโนโลยี Through-Silicon Via (TSV):ในเทคโนโลยีการบรรจุชิปแบบ 2.5D และ 3D ฟอยล์ทองแดงถูกนำมาใช้เพื่อสร้างวัสดุบรรจุที่มีสภาพเป็นสื่อกระแสไฟฟ้าสำหรับ vias ซิลิคอนแบบทะลุ ซึ่งช่วยให้เชื่อมต่อชิปในแนวตั้งได้ ฟอยล์ทองแดงมีคุณสมบัติเป็นสื่อกระแสไฟฟ้าและความสามารถในการแปรรูปสูง ทำให้เป็นวัสดุที่ต้องการในเทคโนโลยีการบรรจุขั้นสูงเหล่านี้ โดยรองรับการรวมความหนาแน่นที่สูงขึ้นและเส้นทางสัญญาณที่สั้นลง จึงช่วยเพิ่มประสิทธิภาพโดยรวมของระบบ

2. บรรจุภัณฑ์แบบฟลิปชิป

3. บรรจุภัณฑ์กรอบตะกั่ว

4. ระบบในแพ็คเกจ (SiP)

5. บรรจุภัณฑ์แบบพัดออก

6. การจัดการความร้อนและการใช้งานการกระจายความร้อน

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

โดยรวมแล้ว การใช้แผ่นทองแดงในบรรจุภัณฑ์ชิปไม่ได้จำกัดอยู่แค่การเชื่อมต่อแบบนำไฟฟ้าแบบดั้งเดิมและการจัดการความร้อนเท่านั้น แต่ยังขยายไปถึงเทคโนโลยีบรรจุภัณฑ์ใหม่ๆ เช่น ฟลิปชิป ระบบในบรรจุภัณฑ์ บรรจุภัณฑ์แบบพัดลม และบรรจุภัณฑ์ 3 มิติ คุณสมบัติแบบอเนกประสงค์และประสิทธิภาพที่ยอดเยี่ยมของแผ่นทองแดงมีบทบาทสำคัญในการปรับปรุงความน่าเชื่อถือ ประสิทธิภาพ และความคุ้มทุนของบรรจุภัณฑ์ชิป