การประยุกต์ใช้แผ่นฟอยล์ทองแดงในบรรจุภัณฑ์ชิป

แผ่นฟอยล์ทองแดงวัสดุนี้กำลังมีความสำคัญมากขึ้นเรื่อยๆ ในการบรรจุชิป เนื่องจากคุณสมบัติการนำไฟฟ้า การนำความร้อน การขึ้นรูป และความคุ้มค่า ต่อไปนี้คือการวิเคราะห์โดยละเอียดเกี่ยวกับการใช้งานเฉพาะด้านในการบรรจุชิป:

1. การเชื่อมต่อสายทองแดง

• ใช้แทนลวดทองหรือลวดอลูมิเนียมตามธรรมเนียมแล้ว สายไฟที่ทำจากทองหรืออะลูมิเนียมถูกนำมาใช้ในการบรรจุชิปเพื่อเชื่อมต่อวงจรภายในของชิปกับขั้วภายนอก อย่างไรก็ตาม ด้วยความก้าวหน้าของเทคโนโลยีการแปรรูปทองแดงและการพิจารณาเรื่องต้นทุน ฟอยล์ทองแดงและสายไฟทองแดงจึงค่อยๆ กลายเป็นตัวเลือกหลักมากขึ้น ทองแดงมีค่าการนำไฟฟ้าประมาณ 85-95% ของทองคำ แต่ต้นทุนต่ำกว่าประมาณหนึ่งในสิบ ทำให้เป็นตัวเลือกที่เหมาะสมสำหรับประสิทธิภาพสูงและความคุ้มค่าทางเศรษฐกิจ
• ประสิทธิภาพทางไฟฟ้าที่ดียิ่งขึ้นการเชื่อมต่อด้วยลวดทองแดงให้ความต้านทานต่ำกว่าและนำความร้อนได้ดีกว่าในงานที่มีความถี่สูงและกระแสสูง ช่วยลดการสูญเสียพลังงานในการเชื่อมต่อชิปได้อย่างมีประสิทธิภาพ และปรับปรุงประสิทธิภาพทางไฟฟ้าโดยรวม ดังนั้น การใช้แผ่นฟอยล์ทองแดงเป็นวัสดุตัวนำในกระบวนการเชื่อมต่อจึงสามารถเพิ่มประสิทธิภาพและความน่าเชื่อถือของบรรจุภัณฑ์โดยไม่เพิ่มต้นทุน
• ใช้ในอิเล็กโทรดและไมโครบั้มพ์ในบรรจุภัณฑ์แบบฟลิปชิป ชิปจะถูกพลิกกลับด้านเพื่อให้แผ่นเชื่อมต่ออินพุต/เอาต์พุต (I/O) บนพื้นผิวของชิปเชื่อมต่อโดยตรงกับวงจรบนพื้นผิวของบรรจุภัณฑ์ แผ่นฟอยล์ทองแดงถูกใช้ทำเป็นอิเล็กโทรดและไมโครบั้มพ์ ซึ่งจะถูกบัดกรีโดยตรงกับพื้นผิว ความต้านทานความร้อนต่ำและการนำไฟฟ้าสูงของทองแดงช่วยให้การส่งสัญญาณและพลังงานมีประสิทธิภาพ
• ความน่าเชื่อถือและการจัดการความร้อนเนื่องจากทองแดงมีความต้านทานต่อการเคลื่อนย้ายอิเล็กตรอนและมีความแข็งแรงทางกลที่ดี จึงให้ความน่าเชื่อถือในระยะยาวที่ดีกว่าภายใต้สภาวะอุณหภูมิและความหนาแน่นกระแสไฟฟ้าที่เปลี่ยนแปลงไป นอกจากนี้ การนำความร้อนสูงของทองแดงยังช่วยระบายความร้อนที่เกิดขึ้นระหว่างการทำงานของชิปไปยังพื้นผิวหรือแผ่นระบายความร้อนได้อย่างรวดเร็ว ช่วยเพิ่มประสิทธิภาพการจัดการความร้อนของแพ็คเกจ
• วัสดุโครงตะกั่ว: แผ่นฟอยล์ทองแดงแผ่นฟอยล์ทองแดงถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในบรรจุภัณฑ์แบบโครงลวด โดยเฉพาะอย่างยิ่งในบรรจุภัณฑ์อุปกรณ์ไฟฟ้า โครงลวดทองแดงทำหน้าที่รองรับโครงสร้างและเชื่อมต่อทางไฟฟ้าให้กับชิป จึงต้องการวัสดุที่มีค่าการนำไฟฟ้าสูงและค่าการนำความร้อนที่ดี แผ่นฟอยล์ทองแดงตอบโจทย์ความต้องการเหล่านี้ได้อย่างมีประสิทธิภาพ ช่วยลดต้นทุนในการบรรจุภัณฑ์ พร้อมทั้งปรับปรุงการระบายความร้อนและประสิทธิภาพทางไฟฟ้าให้ดียิ่งขึ้น
• เทคนิคการปรับสภาพพื้นผิวในทางปฏิบัติ แผ่นฟอยล์ทองแดงมักได้รับการเคลือบผิว เช่น การชุบนิกเกิล ดีบุก หรือเงิน เพื่อป้องกันการเกิดออกซิเดชันและปรับปรุงความสามารถในการบัดกรี การเคลือบผิวเหล่านี้ช่วยเพิ่มความทนทานและความน่าเชื่อถือของแผ่นฟอยล์ทองแดงในบรรจุภัณฑ์แบบลีดเฟรมให้ดียิ่งขึ้น
• วัสดุตัวนำในโมดูลมัลติชิปเทคโนโลยี System-in-package (SPI) ผสานรวมชิปและส่วนประกอบแบบพาสซีฟหลายชิ้นไว้ในแพ็คเกจเดียว เพื่อให้ได้การรวมวงจรและความหนาแน่นของฟังก์ชันการทำงานที่สูงขึ้น ฟอยล์ทองแดงถูกนำมาใช้ในการผลิตวงจรเชื่อมต่อภายในและทำหน้าที่เป็นเส้นทางนำกระแสไฟฟ้า การใช้งานนี้ต้องการฟอยล์ทองแดงที่มีค่าการนำไฟฟ้าสูงและมีลักษณะบางเป็นพิเศษ เพื่อให้ได้ประสิทธิภาพที่สูงขึ้นในพื้นที่บรรจุภัณฑ์ที่จำกัด
• การใช้งานคลื่นวิทยุและคลื่นมิลลิเมตรแผ่นฟอยล์ทองแดงยังมีบทบาทสำคัญในวงจรส่งสัญญาณความถี่สูงใน SiP โดยเฉพาะอย่างยิ่งในแอปพลิเคชันความถี่วิทยุ (RF) และคลื่นมิลลิเมตร คุณสมบัติการสูญเสียต่ำและการนำไฟฟ้าที่ดีเยี่ยมช่วยลดการลดทอนของสัญญาณได้อย่างมีประสิทธิภาพและปรับปรุงประสิทธิภาพการส่งสัญญาณในแอปพลิเคชันความถี่สูงเหล่านี้
• ใช้ในเลเยอร์การกระจายข้อมูล (RDL)ในบรรจุภัณฑ์แบบ Fan-out นั้น แผ่นฟอยล์ทองแดงถูกนำมาใช้สร้างชั้นกระจายสัญญาณ ซึ่งเป็นเทคโนโลยีที่กระจายสัญญาณ I/O ของชิปไปยังพื้นที่ที่ใหญ่ขึ้น คุณสมบัติการนำไฟฟ้าสูงและการยึดเกาะที่ดีของแผ่นฟอยล์ทองแดงทำให้เป็นวัสดุที่เหมาะสมอย่างยิ่งสำหรับการสร้างชั้นกระจายสัญญาณ ช่วยเพิ่มความหนาแน่นของ I/O และรองรับการรวมชิปหลายตัวเข้าด้วยกัน
• การลดขนาดและความสมบูรณ์ของสัญญาณการใช้แผ่นฟอยล์ทองแดงในชั้นกระจายสัญญาณช่วยลดขนาดของบรรจุภัณฑ์ ในขณะเดียวกันก็ช่วยปรับปรุงความสมบูรณ์และความเร็วในการส่งสัญญาณ ซึ่งมีความสำคัญอย่างยิ่งในอุปกรณ์พกพาและแอปพลิเคชันการประมวลผลประสิทธิภาพสูงที่ต้องการขนาดบรรจุภัณฑ์ที่เล็กลงและประสิทธิภาพที่สูงขึ้น
• แผ่นระบายความร้อนและช่องระบายความร้อนที่ทำจากฟอยล์ทองแดงเนื่องจากคุณสมบัติการนำความร้อนที่ดีเยี่ยม ฟอยล์ทองแดงจึงมักถูกใช้ในแผ่นระบายความร้อน ช่องระบายความร้อน และวัสดุเชื่อมต่อความร้อนภายในบรรจุภัณฑ์ชิป เพื่อช่วยถ่ายเทความร้อนที่เกิดจากชิปไปยังโครงสร้างระบายความร้อนภายนอกได้อย่างรวดเร็ว การใช้งานนี้มีความสำคัญอย่างยิ่งในชิปและบรรจุภัณฑ์กำลังสูงที่ต้องการการควบคุมอุณหภูมิที่แม่นยำ เช่น CPU, GPU และชิปจัดการพลังงาน
• ใช้ในเทคโนโลยี Through-Silicon Via (TSV)ในเทคโนโลยีการบรรจุชิปแบบ 2.5 มิติและ 3 มิติ ฟอยล์ทองแดงถูกใช้เพื่อสร้างวัสดุเติมนำไฟฟ้าสำหรับรูทะลุผ่านซิลิคอน (through-silicon vias) ซึ่งช่วยให้เกิดการเชื่อมต่อในแนวตั้งระหว่างชิป ความนำไฟฟ้าสูงและความสามารถในการแปรรูปของฟอยล์ทองแดงทำให้เป็นวัสดุที่ได้รับความนิยมในเทคโนโลยีการบรรจุขั้นสูงเหล่านี้ รองรับการรวมวงจรที่มีความหนาแน่นสูงขึ้นและเส้นทางสัญญาณที่สั้นลง จึงช่วยเพิ่มประสิทธิภาพโดยรวมของระบบ

2. บรรจุภัณฑ์ฟลิปชิป

3. บรรจุภัณฑ์เฟรมตะกั่ว

4. ระบบในแพ็คเกจ (SiP)

5. บรรจุภัณฑ์แบบพัดลม

6. การจัดการความร้อนและการใช้งานด้านการระบายความร้อน

7. เทคโนโลยีบรรจุภัณฑ์ขั้นสูง (เช่น บรรจุภัณฑ์ 2.5 มิติ และ 3 มิติ)

โดยรวมแล้ว การประยุกต์ใช้แผ่นฟอยล์ทองแดงในการบรรจุชิปไม่ได้จำกัดอยู่เพียงแค่การเชื่อมต่อทางไฟฟ้าและการจัดการความร้อนแบบดั้งเดิมเท่านั้น แต่ยังขยายไปถึงเทคโนโลยีการบรรจุแบบใหม่ ๆ เช่น ฟลิปชิป (flip-chip), ระบบในแพ็คเกจ (system-in-package), แพ็คเกจแบบแฟนเอาต์ (fan-out packaging) และแพ็คเกจ 3 มิติ (3D packaging) คุณสมบัติอเนกประสงค์และประสิทธิภาพที่ยอดเยี่ยมของแผ่นฟอยล์ทองแดงมีบทบาทสำคัญในการปรับปรุงความน่าเชื่อถือ ประสิทธิภาพ และความคุ้มค่าของการบรรจุชิป