Anwendungen von Kupferfolie in der Chipverpackung

Kupferfoliewird aufgrund seiner elektrischen Leitfähigkeit, Wärmeleitfähigkeit, Verarbeitbarkeit und Kosteneffizienz immer wichtiger in der Chipverpackung. Hier finden Sie eine detaillierte Analyse seiner spezifischen Anwendungen in der Chipverpackung:

1. Kupferdrahtbonden

• Ersatz für Gold- oder Aluminiumdraht: Traditionell wurden in Chipverpackungen Gold- oder Aluminiumdrähte verwendet, um die internen Schaltkreise des Chips elektrisch mit externen Leitungen zu verbinden. Mit Fortschritten in der Kupferverarbeitungstechnologie und Kostenerwägungen werden Kupferfolie und Kupferdraht jedoch immer mehr zur gängigen Wahl. Die elektrische Leitfähigkeit von Kupfer beträgt etwa 85–95 % der von Gold, die Kosten betragen jedoch etwa ein Zehntel, was es zu einer idealen Wahl für hohe Leistung und Wirtschaftlichkeit macht.
• Verbesserte elektrische Leistung: Kupferdrahtbonden bietet einen geringeren Widerstand und eine bessere Wärmeleitfähigkeit bei Hochfrequenz- und Hochstromanwendungen, wodurch der Leistungsverlust in Chipverbindungen effektiv reduziert und die elektrische Gesamtleistung verbessert wird. Somit kann die Verwendung von Kupferfolie als leitfähiges Material in Verbindungsprozessen die Verpackungseffizienz und -zuverlässigkeit verbessern, ohne die Kosten zu erhöhen.
• Wird in Elektroden und Mikro-Bumps verwendet: Beim Flip-Chip-Gehäuse wird der Chip umgedreht, sodass die Ein-/Ausgangspads (I/O) auf seiner Oberfläche direkt mit der Schaltung auf dem Gehäusesubstrat verbunden sind. Zur Herstellung von Elektroden und Mikrohöckern wird Kupferfolie verwendet, die direkt auf das Substrat gelötet wird. Der geringe Wärmewiderstand und die hohe Leitfähigkeit von Kupfer sorgen für eine effiziente Übertragung von Signalen und Leistung.
• Zuverlässigkeit und Wärmemanagement: Aufgrund seiner guten Beständigkeit gegen Elektromigration und seiner mechanischen Festigkeit bietet Kupfer eine bessere Langzeitzuverlässigkeit bei unterschiedlichen thermischen Zyklen und Stromdichten. Darüber hinaus trägt die hohe Wärmeleitfähigkeit von Kupfer dazu bei, die während des Chipbetriebs erzeugte Wärme schnell an das Substrat oder den Kühlkörper abzuleiten und so die Wärmemanagementfähigkeiten des Gehäuses zu verbessern.
• Bleirahmenmaterial: Kupferfoliewird häufig in Lead-Frame-Verpackungen verwendet, insbesondere für die Verpackung von Leistungsgeräten. Der Leadframe bietet strukturelle Unterstützung und elektrische Verbindung für den Chip und erfordert Materialien mit hoher Leitfähigkeit und guter Wärmeleitfähigkeit. Kupferfolie erfüllt diese Anforderungen, reduziert effektiv die Verpackungskosten und verbessert gleichzeitig die Wärmeableitung und elektrische Leistung.
• Oberflächenbehandlungstechniken: In praktischen Anwendungen wird Kupferfolie häufig Oberflächenbehandlungen wie Nickel-, Zinn- oder Silberbeschichtung unterzogen, um Oxidation zu verhindern und die Lötbarkeit zu verbessern. Diese Behandlungen verbessern die Haltbarkeit und Zuverlässigkeit der Kupferfolie in Lead-Frame-Verpackungen weiter.
• Leitfähiges Material in Multi-Chip-Modulen: Die System-in-Package-Technologie integriert mehrere Chips und passive Komponenten in einem einzigen Gehäuse, um eine höhere Integration und Funktionsdichte zu erreichen. Kupferfolie wird zur Herstellung interner Verbindungsschaltkreise verwendet und dient als Stromleitungspfad. Diese Anwendung erfordert eine hohe Leitfähigkeit und ultradünne Eigenschaften der Kupferfolie, um eine höhere Leistung auf begrenztem Bauraum zu erreichen.
• HF- und Millimeterwellenanwendungen: Kupferfolie spielt auch in Hochfrequenz-Signalübertragungsschaltungen in SiP eine entscheidende Rolle, insbesondere in Hochfrequenz- (RF) und Millimeterwellenanwendungen. Seine verlustarmen Eigenschaften und seine hervorragende Leitfähigkeit ermöglichen eine wirksame Reduzierung der Signaldämpfung und eine Verbesserung der Übertragungseffizienz in diesen Hochfrequenzanwendungen.
• Wird in Redistribution Layers (RDL) verwendet: Bei der Fan-out-Verpackung wird Kupferfolie zum Aufbau der Umverteilungsschicht verwendet, einer Technologie, die Chip-I/O auf eine größere Fläche umverteilt. Die hohe Leitfähigkeit und gute Haftung der Kupferfolie machen sie zu einem idealen Material für den Aufbau von Umverteilungsschichten, die Erhöhung der I/O-Dichte und die Unterstützung der Multi-Chip-Integration.
• Größenreduzierung und Signalintegrität: Der Einsatz von Kupferfolie in Umverteilungsschichten trägt dazu bei, die Gehäusegröße zu reduzieren und gleichzeitig die Integrität und Geschwindigkeit der Signalübertragung zu verbessern, was besonders wichtig bei mobilen Geräten und Hochleistungsrechneranwendungen ist, die kleinere Gehäusegrößen und höhere Leistung erfordern.
• Kühlkörper und Wärmekanäle aus Kupferfolie: Aufgrund ihrer hervorragenden Wärmeleitfähigkeit wird Kupferfolie häufig in Kühlkörpern, Wärmekanälen und Wärmeschnittstellenmaterialien in Chipverpackungen verwendet, um die schnelle Übertragung der vom Chip erzeugten Wärme an externe Kühlstrukturen zu unterstützen. Diese Anwendung ist besonders wichtig bei Hochleistungschips und -paketen, die eine präzise Temperaturkontrolle erfordern, wie z. B. CPUs, GPUs und Energieverwaltungschips.
• Wird in der Through-Silicon Via (TSV)-Technologie verwendet: In 2,5D- und 3D-Chip-Packaging-Technologien wird Kupferfolie verwendet, um leitfähiges Füllmaterial für Durchkontaktierungen durch Silizium zu erzeugen und so eine vertikale Verbindung zwischen Chips bereitzustellen. Die hohe Leitfähigkeit und Verarbeitbarkeit von Kupferfolie machen sie zu einem bevorzugten Material in diesen fortschrittlichen Verpackungstechnologien, da sie eine höhere Integrationsdichte und kürzere Signalwege unterstützt und dadurch die Gesamtleistung des Systems verbessert.

2. Flip-Chip-Verpackung

3. Lead-Frame-Verpackung

4. System-in-Package (SiP)

5. Fan-Out-Verpackung

6. Anwendungen für Wärmemanagement und Wärmeableitung

7. Fortschrittliche Verpackungstechnologien (z. B. 2,5D- und 3D-Verpackung)

Insgesamt beschränkt sich die Anwendung von Kupferfolie in der Chipverpackung nicht auf herkömmliche leitfähige Verbindungen und Wärmemanagement, sondern erstreckt sich auch auf neue Verpackungstechnologien wie Flip-Chip, System-in-Package, Fan-Out-Packaging und 3D-Packaging. Die multifunktionalen Eigenschaften und die hervorragende Leistung von Kupferfolie spielen eine Schlüsselrolle bei der Verbesserung der Zuverlässigkeit, Leistung und Kosteneffizienz von Chipverpackungen.