Memandangkan peranti semikonduktor terus dikurangkan skalanya sambil mengintegrasikan lebih banyak fungsi, teknologi pembungkusan menghadapi cabaran yang belum pernah terjadi sebelumnya. Salutan vakum telah muncul sebagai proses pemboleh utama dalam pembungkusan semikonduktor termaju, memastikan pengecilan peranti, prestasi yang lebih tinggi dan kebolehpercayaan jangka panjang. Dengan memanfaatkan teknik kejuruteraan filem nipis seperti pemendapan wap fizikal (PVD), pemendapan wap kimia (CVD) dan pemendapan lapisan atom (ALD), pengeluar boleh menangani permintaan kritikal untuk perlindungan penghalang, prestasi elektrik dan pengurusan haba dalam cip generasi akan datang.
Cabaran Biasa dalam Pembungkusan Semikonduktor
Pembungkusan semikonduktorbukan lagi langkah perlindungan yang mudah tetapi peringkat kritikal prestasi. Cabaran biasa termasuk:
Kelembapan dan Kemasukan Oksigen
Peranti yang dienkapsulasi sangat sensitif terhadap pendedahan alam sekitar. Walaupun tahap kelembapan atau resapan oksigen yang sedikit sahaja boleh menyebabkan kakisan, penghijrahan logam atau degradasi dielektrik.
Kebolehpercayaan Lapisan Penghalang
Enkapsulan polimer konvensional selalunya mempamerkan sifat penghalang yang tidak mencukupi. Tanpa salutan filem nipis yang teguh, cip mudah rosak dalam keadaan kelembapan tinggi atau suhu tinggi.
Elektromigrasi dan Kestabilan Interkoneksi
Ketumpatan arus yang tinggi dalam nod lanjutan mempercepatkan elektromigrasi. Lekatan yang lemah atau salutan yang tidak seragam boleh menjejaskan jangka hayat sambungan.
Had Pelesapan Terma
Apabila ketumpatan kuasa peranti meningkat, salutan pengurusan haba yang tidak mencukupi boleh menyebabkan titik panas setempat, kemerosotan prestasi dan jangka hayat peranti yang lebih pendek.
Liputan Nisbah Aspek dan Pengecilan
Struktur pembungkusan termaju seperti Through-Silicon Vias (TSV) dan Through-Glass Vias (TGV) memerlukan salutan konformal di dalam parit dan vias nisbah aspek yang tinggi, yang kekal sebagai kesesakan teknikal utama.
Penyelesaian Salutan Vakum
1. Salutan Penghalang Kelembapan/Oksigen
Filem nipis SiO₂, SiNₓ, dan Al₂O₃ yang dimendapkan melalui PVD atau ALD berfungsi sebagai lapisan enkapsulasi hermetik, sekali gus mengurangkan kadar penghantaran wap air (WVTR) dengan ketara.
Susunan penghalang berbilang lapisan yang menggabungkan lapisan bukan organik dan hibrid mencapai kebolehpercayaan yang unggul, penting untuk modul RF dan pembungkusan MEMS.
2. Lapisan Penggalak Lekatan dan Antara Muka
Lapisan lekatan Ti, Cr, atau TiN meningkatkan kekuatan ikatan antara lapisan penglogaman dan dielektrik, mencegah penyaringan semasa kitaran haba.
Rawatan permukaan plasma meningkatkan lagi pembasahan dan nukleasi filem pada substrat bertenaga permukaan rendah.
3. Lapisan Penindasan Difusi dan Elektromigrasi
Lapisan penghalang Ta, TaN, dan Ru yang dimendapkan melalui percikan magnetron bertindak sebagai penghalang resapan yang berkesan dalam sambungan Cu.
Lapisan-lapisan ini mengurangkan elektromigrasi, memelihara kekonduksian sambung antara satu sama lain di bawah tekanan arus tinggi.
4. Salutan Pengurusan Terma
Salutan kekonduksian terma yang tinggi seperti karbon seperti berlian (DLC) atau filem AlN meningkatkan pelesapan haba.
Salutan tersuai membolehkan penyepaduan ke dalam modul semikonduktor kuasa, peranti SiC/GaN dan cip pengkomputeran berprestasi tinggi (HPC).
5. Salutan Konformal untuk Struktur Nisbah Aspek Tinggi
ALD menyediakan kawalan peringkat atom, memastikan filem konformal dan bebas lubang jarum dalam TSV dan TGV dengan nisbah aspek melebihi 10:1.
Ini penting untuk pembungkusan IC 3D, yang mana ketumpatan dan kebolehpercayaan saling berkaitan mempengaruhi hasil secara langsung.
Permohonan Kes
Pembungkusan MEMS: Enkapsulasi filem nipis dengan susunan Al₂O₃/SiNₓ meningkatkan kedap udara, memanjangkan jangka hayat peranti dalam persekitaran automotif dan perindustrian.
Modul Bahagian Hadapan RF: Salutan penghalang berbilang lapisan mengurangkan kapasitans parasit dan hanyutan prestasi yang disebabkan oleh kelembapan.
Elektronik Kuasa: Salutan penyebar haba DLC meningkatkan pelesapan haba dalam MOSFET berasaskan SiC, membolehkan kecekapan operasi yang lebih tinggi.
Integrasi 3D: Salutan ALD konformal dalam TSV/TGV memastikan kebolehpercayaan melalui penebat dan pemetaan untuk peranti memori jalur lebar tinggi (HBM).
Kelebihan Salutan Vakum dalam Pembungkusan
Kebolehpercayaan Tinggi: Prestasi penghalang dan lekatan yang unggul memastikan kestabilan peranti jangka panjang.
Kebolehskalaan: Sistem pemendapan berasaskan vakum menyokong pembungkusan peringkat wafer (WLP) dan pembungkusan peringkat panel (PLP), yang membolehkan pengeluaran besar-besaran yang kos efektif.
Fleksibiliti Proses: Sesuai dengan pelbagai bahan (Si, GaAs, SiC, kaca, polimer), memenuhi keperluan integrasi heterogen.
Pematuhan Alam Sekitar: Menghapuskan proses basah yang berpencemaran tinggi seperti penyaduran elektrik, sejajar dengan piawaian pembuatan hijau.
Kesimpulan
Salutan vakum telah menjadi asas pembungkusan semikonduktor termaju, menangani cabaran dalam perlindungan penghalang, pengurusan haba dan liputan nisbah aspek tinggi. Apabila industri beralih kepada integrasi heterogen, seni bina ciplet dan penyusunan 3D, permintaan untuk pemendapan filem nipis yang tepat akan semakin meningkat.
Melalui inovasi berterusan dalam platform salutan PVD, ALD dan hibrid, penyelesaian salutan vakum bukan sahaja meningkatkan kebolehpercayaan tetapi juga secara aktif mendayakan masa depan pembungkusan semikonduktor.
—Artikel ini diterbitkan olehperalatan salutan vakumpengeluar Vakum Zhenhua
Masa siaran: 27 Sep-2025