Վակուումային ծածկույթների լուծումներ կիսահաղորդչային փաթեթավորման մեջ. հուսալիության և արդյունավետության բարձրացում

Քանի որ կիսահաղորդչային սարքերը շարունակում են փոքրանալ՝ միաժամանակ ինտեգրելով ավելի շատ ֆունկցիոնալություններ, փաթեթավորման տեխնոլոգիաները բախվում են աննախադեպ մարտահրավերների: Վակուումային ծածկույթը դարձել է առաջադեմ կիսահաղորդչային փաթեթավորման հիմնական հնարավորություն ընձեռող գործընթաց՝ ապահովելով սարքերի մանրացում, ավելի բարձր արդյունավետություն և երկարաժամկետ հուսալիություն: Օգտագործելով բարակ թաղանթային ինժեներական տեխնիկաներ, ինչպիսիք են ֆիզիկական գոլորշու նստեցումը (PVD), քիմիական գոլորշու նստեցումը (CVD) և ատոմային շերտային նստեցումը (ALD), արտադրողները կարող են բավարարել հաջորդ սերնդի չիպերում արգելապատնեշային պաշտպանության, էլեկտրական արդյունավետության և ջերմային կառավարման կարևոր պահանջները:

Կիսահաղորդչային փաթեթավորման ոլորտում տարածված մարտահրավերներ

Կիսահաղորդչային փաթեթավորումայլևս պարզ պաշտպանիչ քայլ չէ, այլ կատարողականի համար կարևորագույն փուլ: Տիպիկ մարտահրավերներն են՝

Խոնավության և թթվածնի ներթափանցում

Պարկուճավորված սարքերը խիստ զգայուն են շրջակա միջավայրի ազդեցության նկատմամբ: Նույնիսկ խոնավության կամ թթվածնի դիֆուզիայի հետքերը կարող են հանգեցնել կոռոզիայի, մետաղի միգրացիայի կամ դիէլեկտրիկի քայքայման:

Խոչընդոտային շերտի հուսալիությունը

Ավանդական պոլիմերային պատիճավոր նյութերը հաճախ ցուցաբերում են անբավարար պաշտպանիչ հատկություններ: Առանց ամուր բարակ թաղանթային ծածկույթների, չիպերը հակված են հուսալիության խափանումների բարձր խոնավության կամ բարձր ջերմաստիճանի պայմաններում:

Էլեկտրամիգրացիա և միջկապի կայունություն

Բարձր հոսանքի խտությունը առաջադեմ հանգույցներում արագացնում է էլեկտրամիգրացիան։ Վատ կպչունությունը կամ անհավասար ծածկույթները կարող են վտանգել միջմիակցման ծառայության ժամկետը։

Ջերմային ցրման սահմանափակումներ

Սարքի հզորության խտության բարձրացմանը զուգընթաց, ջերմային կառավարման անբավարար ծածկույթները կարող են հանգեցնել տեղայնացված տաք կետերի առաջացման, արտադրողականության վատթարացման և սարքերի կյանքի տևողության կրճատման։

Մանրադիտացում և ասպեկտի հարաբերակցության ծածկույթ

Առաջադեմ փաթեթավորման կառուցվածքները, ինչպիսիք են սիլիցիումային անցուղիները (TSV) և ապակե անցուղիները (TGV), պահանջում են կոնֆորմալ ծածկույթներ բարձր ասպեկտի հարաբերակցությամբ խրամատներում և անցուղիներում, որոնք մնում են հիմնական տեխնիկական խոչընդոտ։

Վակուումային ծածկույթների լուծումներ
1. Խոնավության/թթվածնի պաշտպանիչ ծածկույթներ

PVD կամ ALD միջոցով նստեցված SiO₂, SiNₓ և Al₂O₃ բարակ թաղանթները ծառայում են որպես հերմետիկ պարկուճային շերտեր՝ զգալիորեն նվազեցնելով ջրային գոլորշու փոխանցման արագությունը (WVTR):

Անօրգանական և հիբրիդային շերտերը համատեղող բազմաշերտ արգելապատնեշային կույտերը ապահովում են գերազանց հուսալիություն, ինչը կարևոր է RF մոդուլների և MEMS փաթեթավորման համար։

2. Կպչունությունը խթանող և ինտերֆեյսային շերտեր

Ti, Cr կամ TiN կպչուն շերտերը ուժեղացնում են մետաղացման շերտերի և դիէլեկտրիկների միջև կապի ամրությունը՝ կանխելով շերտավորումը ջերմային ցիկլի ընթացքում։

Պլազմային մակերեսային մշակումը հետագայում բարելավում է ցածր մակերևութային էներգիա ունեցող հիմքերի վրա թրջումը և թաղանթի միջուկագոյացումը։

3. Դիֆուզիայի և էլեկտրամիգրացիայի ճնշման շերտեր

Մագնետրոնային փոշիացման միջոցով նստեցված Ta, TaN և Ru արգելապատնեշային շերտերը Cu միջմիավորներում գործում են որպես արդյունավետ դիֆուզիոն արգելապատնեշներ։

Այս շերտերը մեղմացնում են էլեկտրամիգրացիան՝ պահպանելով միջմիակցման հաղորդունակությունը բարձր հոսանքի լարվածության տակ։

4. Ջերմային կառավարման ծածկույթներ

Բարձր ջերմահաղորդականությամբ ծածկույթները, ինչպիսիք են ադամանդանման ածխածինը (DLC) կամ AlN թաղանթները, ուժեղացնում են ջերմության ցրումը։

Հատուկ պատրաստված ծածկույթները հնարավորություն են տալիս ինտեգրվել հզորության կիսահաղորդչային մոդուլների, SiC/GaN սարքերի և բարձր արդյունավետության հաշվողական (HPC) չիպերի մեջ։

5. Կոնֆորմալ ծածկույթներ բարձր ասպեկտային հարաբերակցությամբ կառուցվածքների համար

ALD-ն ապահովում է ատոմային մակարդակի կառավարում՝ ապահովելով կոնֆորմալ և անցքերից զերծ թաղանթներ TSV-ներում և TGV-ներում՝ 10:1-ից բարձր կողմերի հարաբերակցությամբ։

Սա կարևոր է 3D ինտեգրալ սխեմաների փաթեթավորման համար, որտեղ միջմիացումների խտությունը և հուսալիությունը անմիջականորեն ազդում են արտադրողականության վրա։

Գործերի դիմումներ

MEMS փաթեթավորում. Al₂O₃/SiNₓ կույտերով բարակ թաղանթային պարկուճավորումը բարելավում է հերմետիկությունը՝ երկարացնելով սարքի կյանքի տևողությունը ավտոմոբիլային և արդյունաբերական միջավայրերում:

Ռադիոհաճախականության առջևի մոդուլներ. Բազմաշերտ պաշտպանիչ ծածկույթները նվազեցնում են պարազիտային տարողունակությունը և խոնավությունից առաջացած կատարողականի շեղումը։

Հզորության էլեկտրոնիկա. DLC ջերմային տարածման ծածկույթները բարելավում են ջերմության ցրումը SiC-ի վրա հիմնված MOSFET-ներում, ապահովելով ավելի բարձր շահագործման արդյունավետություն:

3D ինտեգրում. TSV/TGV-ում կոնֆորմալ ALD ծածկույթները ապահովում են հուսալիություն բարձր թողունակությամբ հիշողության (HBM) սարքերի համար՝ մեկուսացման և մետաղացման միջոցով։

Վակուումային ծածկույթի առավելությունները փաթեթավորման մեջ

Բարձր հուսալիություն. գերազանց պաշտպանիչ և կպչունության կատարողականը ապահովում է սարքի երկարատև կայունությունը։

Մասշտաբայնություն. Վակուումային նստեցման համակարգերը աջակցում են վաֆլի մակարդակի փաթեթավորմանը (WLP) և վահանակային մակարդակի փաթեթավորմանը (PLP), հնարավորություն տալով իրականացնել ծախսարդյունավետ զանգվածային արտադրություն:

Գործընթացի ճկունություն. համատեղելի է բազմազան նյութերի հետ (Si, GaAs, SiC, ապակի, պոլիմերներ), բավարարելով տարասեռ ինտեգրման կարիքները։

Բնապահպանական համապատասխանություն. վերացնում է բարձր աղտոտվածությամբ խոնավ գործընթացները, ինչպիսին է էլեկտրոլիտիկ ծածկույթը, համապատասխանեցնելով դրանք կանաչ արտադրության ստանդարտներին։

Եզրակացություն

Վակուումային ծածկույթը դարձել է առաջադեմ կիսահաղորդչային փաթեթավորման անկյունաքարը՝ լուծելով խոչընդոտների պաշտպանության, ջերմային կառավարման և բարձր ասպեկտային հարաբերակցության ծածկույթի մարտահրավերները: Քանի որ արդյունաբերությունը անցնում է տարասեռ ինտեգրման, չիպլետային ճարտարապետությունների և եռաչափ շերտավորման, ճշգրիտ բարակ թաղանթային նստեցման պահանջարկը միայն կաճի:

PVD, ALD և հիբրիդային ծածկույթների հարթակներում շարունակական նորարարությունների միջոցով վակուումային ծածկույթների լուծումները ոչ միայն բարելավում են հուսալիությունը, այլև ակտիվորեն նպաստում են կիսահաղորդչային փաթեթավորման ապագային։

— Այս հոդվածը հրապարակվել էվակուումային ծածկույթների սարքավորումներարտադրող Zhenhua Vacuum