Ứng dụng của lá đồng trong đóng gói chip

Lá đồngđang ngày càng trở nên quan trọng trong đóng gói chip do tính dẫn điện, dẫn nhiệt, khả năng gia công và hiệu quả về chi phí. Sau đây là phân tích chi tiết về các ứng dụng cụ thể của nó trong đóng gói chip:

1. Liên kết dây đồng

• Thay thế cho dây vàng hoặc dây nhôm: Theo truyền thống, dây vàng hoặc dây nhôm được sử dụng trong đóng gói chip để kết nối mạch điện bên trong chip với các dây dẫn bên ngoài. Tuy nhiên, với những tiến bộ trong công nghệ xử lý đồng và cân nhắc về chi phí, lá đồng và dây đồng đang dần trở thành lựa chọn phổ biến. Độ dẫn điện của đồng xấp xỉ 85-95% so với vàng, nhưng chi phí chỉ bằng khoảng một phần mười, khiến nó trở thành lựa chọn lý tưởng cho hiệu suất cao và hiệu quả kinh tế.
• Hiệu suất điện được cải thiện: Liên kết dây đồng cung cấp điện trở thấp hơn và độ dẫn nhiệt tốt hơn trong các ứng dụng tần số cao và dòng điện cao, giúp giảm hiệu quả tổn thất điện năng trong các kết nối chip và cải thiện hiệu suất điện tổng thể. Do đó, sử dụng lá đồng làm vật liệu dẫn điện trong các quy trình liên kết có thể nâng cao hiệu quả đóng gói và độ tin cậy mà không làm tăng chi phí.
• Được sử dụng trong Điện cực và Micro-Bumps: Trong đóng gói chip lật, chip được lật ngược để các miếng đệm đầu vào/đầu ra (I/O) trên bề mặt của nó được kết nối trực tiếp với mạch trên đế đóng gói. Lá đồng được sử dụng để tạo ra các điện cực và các điểm lồi siêu nhỏ, được hàn trực tiếp vào đế. Điện trở nhiệt thấp và độ dẫn điện cao của đồng đảm bảo truyền tín hiệu và năng lượng hiệu quả.
• Độ tin cậy và quản lý nhiệt:Do khả năng chống lại sự di chuyển điện và độ bền cơ học tốt, đồng cung cấp độ tin cậy lâu dài tốt hơn trong các chu kỳ nhiệt và mật độ dòng điện khác nhau. Ngoài ra, độ dẫn nhiệt cao của đồng giúp tản nhiệt nhanh chóng sinh ra trong quá trình vận hành chip đến đế hoặc bộ tản nhiệt, tăng cường khả năng quản lý nhiệt của gói.
• Vật liệu khung chì: Lá đồngđược sử dụng rộng rãi trong đóng gói khung chì, đặc biệt là đóng gói thiết bị điện. Khung chì cung cấp hỗ trợ cấu trúc và kết nối điện cho chip, yêu cầu vật liệu có độ dẫn điện cao và độ dẫn nhiệt tốt. Lá đồng đáp ứng các yêu cầu này, giảm hiệu quả chi phí đóng gói đồng thời cải thiện khả năng tản nhiệt và hiệu suất điện.
• Kỹ thuật xử lý bề mặt: Trong các ứng dụng thực tế, lá đồng thường trải qua các quá trình xử lý bề mặt như mạ niken, thiếc hoặc bạc để ngăn ngừa quá trình oxy hóa và cải thiện khả năng hàn. Các quá trình xử lý này càng làm tăng độ bền và độ tin cậy của lá đồng trong bao bì khung chì.
• Vật liệu dẫn điện trong mô-đun đa chip: Công nghệ hệ thống trong gói tích hợp nhiều chip và linh kiện thụ động vào một gói duy nhất để đạt được mật độ tích hợp và chức năng cao hơn. Lá đồng được sử dụng để sản xuất mạch kết nối bên trong và đóng vai trò là đường dẫn dòng điện. Ứng dụng này yêu cầu lá đồng phải có độ dẫn điện cao và đặc tính siêu mỏng để đạt được hiệu suất cao hơn trong không gian đóng gói hạn chế.
• Ứng dụng RF và sóng milimet: Lá đồng cũng đóng vai trò quan trọng trong các mạch truyền tín hiệu tần số cao trong SiP, đặc biệt là trong các ứng dụng tần số vô tuyến (RF) và sóng milimet. Đặc tính suy hao thấp và độ dẫn điện tuyệt vời của nó cho phép nó giảm suy hao tín hiệu hiệu quả và cải thiện hiệu suất truyền trong các ứng dụng tần số cao này.
• Được sử dụng trong các lớp phân phối lại (RDL): Trong đóng gói dạng quạt, lá đồng được sử dụng để xây dựng lớp phân phối lại, một công nghệ phân phối lại I/O chip đến một khu vực lớn hơn. Độ dẫn điện cao và độ bám dính tốt của lá đồng làm cho nó trở thành vật liệu lý tưởng để xây dựng các lớp phân phối lại, tăng mật độ I/O và hỗ trợ tích hợp nhiều chip.
• Giảm kích thước và tính toàn vẹn của tín hiệu:Việc sử dụng lá đồng trong các lớp phân phối lại giúp giảm kích thước gói đồng thời cải thiện tính toàn vẹn và tốc độ truyền tín hiệu, điều này đặc biệt quan trọng trong các thiết bị di động và ứng dụng điện toán hiệu suất cao yêu cầu kích thước gói nhỏ hơn và hiệu suất cao hơn.
• Tản nhiệt lá đồng và kênh dẫn nhiệt:Do có độ dẫn nhiệt tuyệt vời, lá đồng thường được sử dụng trong các bộ tản nhiệt, kênh dẫn nhiệt và vật liệu giao diện nhiệt trong bao bì chip để giúp truyền nhiệt nhanh chóng do chip tạo ra đến các cấu trúc làm mát bên ngoài. Ứng dụng này đặc biệt quan trọng trong các chip và gói công suất cao yêu cầu kiểm soát nhiệt độ chính xác, chẳng hạn như CPU, GPU và chip quản lý nguồn.
• Được sử dụng trong Công nghệ Through-Silicon Via (TSV): Trong công nghệ đóng gói chip 2.5D và 3D, lá đồng được sử dụng để tạo vật liệu lấp dẫn điện cho các via silicon xuyên qua, cung cấp kết nối theo chiều dọc giữa các chip. Độ dẫn điện cao và khả năng gia công của lá đồng khiến nó trở thành vật liệu được ưa chuộng trong các công nghệ đóng gói tiên tiến này, hỗ trợ tích hợp mật độ cao hơn và đường dẫn tín hiệu ngắn hơn, do đó nâng cao hiệu suất hệ thống tổng thể.

2. Bao bì Flip-Chip

3. Bao bì khung chì

4. Hệ thống trong gói (SiP)

5. Bao bì dạng quạt

6. Ứng dụng quản lý nhiệt và tản nhiệt

7. Công nghệ đóng gói tiên tiến (như đóng gói 2.5D và 3D)

Nhìn chung, ứng dụng của lá đồng trong đóng gói chip không chỉ giới hạn ở các kết nối dẫn điện truyền thống và quản lý nhiệt mà còn mở rộng sang các công nghệ đóng gói mới nổi như flip-chip, system-in-package, fan-out packaging và 3D packaging. Các tính chất đa chức năng và hiệu suất tuyệt vời của lá đồng đóng vai trò quan trọng trong việc cải thiện độ tin cậy, hiệu suất và hiệu quả về chi phí của đóng gói chip.