Anwendungen von Kupferfolie in der Chipverpackung

KupferfolieAufgrund seiner elektrischen und thermischen Leitfähigkeit, seiner Verarbeitbarkeit und seiner Kosteneffizienz gewinnt es in der Chipverpackung zunehmend an Bedeutung. Im Folgenden finden Sie eine detaillierte Analyse seiner spezifischen Anwendungen in der Chipverpackung:

1. Kupferdrahtbonden

• Ersatz für Gold- oder AluminiumdrahtTraditionell wurden in der Chip-Verpackung Gold- oder Aluminiumdrähte verwendet, um die internen Schaltkreise des Chips elektrisch mit externen Anschlüssen zu verbinden. Dank Fortschritten in der Kupferverarbeitungstechnologie und Kostenüberlegungen etablieren sich Kupferfolie und Kupferdraht jedoch zunehmend als Standard. Die elektrische Leitfähigkeit von Kupfer beträgt etwa 85–95 % derjenigen von Gold, die Kosten liegen aber bei nur etwa einem Zehntel. Dadurch ist Kupfer die ideale Wahl für hohe Leistung und Wirtschaftlichkeit.
• Verbesserte elektrische LeistungDie Kupferdrahtbondierung bietet einen geringeren Widerstand und eine bessere Wärmeleitfähigkeit in Hochfrequenz- und Hochstromanwendungen. Dadurch werden Leistungsverluste in Chipverbindungen effektiv reduziert und die elektrische Gesamtleistung verbessert. Der Einsatz von Kupferfolie als leitfähiges Material in Bondprozessen kann somit die Effizienz und Zuverlässigkeit der Gehäusekonstruktion steigern, ohne die Kosten zu erhöhen.
• Wird in Elektroden und Mikro-Bumps verwendetBeim Flip-Chip-Gehäuse wird der Chip umgedreht, sodass die Ein-/Ausgangsflächen (I/O-Pads) auf seiner Oberfläche direkt mit der Schaltung auf dem Gehäusesubstrat verbunden sind. Kupferfolie dient zur Herstellung von Elektroden und Mikrokontakten, die direkt auf das Substrat gelötet werden. Der geringe Wärmewiderstand und die hohe Leitfähigkeit von Kupfer gewährleisten eine effiziente Signal- und Stromübertragung.
• Zuverlässigkeit und WärmemanagementAufgrund seiner guten Beständigkeit gegen Elektromigration und seiner mechanischen Festigkeit bietet Kupfer eine höhere Langzeitstabilität unter wechselnden Temperaturzyklen und Stromdichten. Darüber hinaus trägt die hohe Wärmeleitfähigkeit von Kupfer dazu bei, die während des Chipbetriebs entstehende Wärme schnell an das Substrat oder den Kühlkörper abzuleiten und so die Wärmeableitung des Gehäuses zu verbessern.
• Leadframe-Material: KupferfolieKupferfolie wird häufig in der Gehäusefertigung von Leadframes eingesetzt, insbesondere bei Leistungshalbleitern. Der Leadframe dient der strukturellen Unterstützung und elektrischen Verbindung des Chips und erfordert daher Materialien mit hoher und guter Wärmeleitfähigkeit. Kupferfolie erfüllt diese Anforderungen und senkt effektiv die Verpackungskosten bei gleichzeitiger Verbesserung der Wärmeableitung und der elektrischen Leistung.
• OberflächenbehandlungstechnikenIn der Praxis wird Kupferfolie häufig Oberflächenbehandlungen wie Nickel-, Zinn- oder Silberplattierung unterzogen, um Oxidation zu verhindern und die Lötbarkeit zu verbessern. Diese Behandlungen erhöhen zudem die Haltbarkeit und Zuverlässigkeit der Kupferfolie in Leadframe-Gehäusen.
• Leitfähiges Material in Multi-Chip-ModulenDie System-in-Package-Technologie integriert mehrere Chips und passive Bauelemente in einem einzigen Gehäuse, um eine höhere Integrations- und Funktionsdichte zu erreichen. Kupferfolie dient zur Herstellung interner Verbindungsschaltungen und als Stromleiter. Diese Anwendung erfordert eine hohe Leitfähigkeit und ultradünne Kupferfolie, um auf begrenztem Raum eine höhere Leistung zu erzielen.
• HF- und MillimeterwellenanwendungenKupferfolie spielt auch in Hochfrequenz-Signalübertragungsschaltungen in SiP eine entscheidende Rolle, insbesondere in Hochfrequenz- (HF) und Millimeterwellenanwendungen. Ihre geringen Verluste und ihre hervorragende Leitfähigkeit ermöglichen es ihr, die Signaldämpfung effektiv zu reduzieren und die Übertragungseffizienz in diesen Hochfrequenzanwendungen zu verbessern.
• Wird in Umverteilungsschichten (RDL) verwendetBei Fan-Out-Gehäusen wird Kupferfolie zur Herstellung der Umverteilungsschicht verwendet. Diese Technologie verteilt die Chip-I/Os auf eine größere Fläche. Die hohe Leitfähigkeit und gute Haftung der Kupferfolie machen sie zu einem idealen Material für Umverteilungsschichten, wodurch die I/O-Dichte erhöht und die Integration mehrerer Chips unterstützt wird.
• Größenreduzierung und SignalintegritätDie Verwendung von Kupferfolie in Umverteilungsschichten trägt dazu bei, die Gehäusegröße zu reduzieren und gleichzeitig die Integrität und Geschwindigkeit der Signalübertragung zu verbessern. Dies ist besonders wichtig bei mobilen Geräten und Hochleistungsrechneranwendungen, die kleinere Gehäusegrößen und eine höhere Leistung erfordern.
• Kupferfolien-Kühlkörper und WärmekanäleAufgrund seiner hervorragenden Wärmeleitfähigkeit wird Kupferfolie häufig in Kühlkörpern, Wärmekanälen und Wärmeleitmaterialien innerhalb von Chipgehäusen eingesetzt, um die vom Chip erzeugte Wärme schnell an externe Kühlstrukturen abzuführen. Diese Anwendung ist besonders wichtig bei Hochleistungschips und -gehäusen, die eine präzise Temperaturregelung erfordern, wie beispielsweise CPUs, GPUs und Power-Management-Chips.
• Wird in der Through-Silicon-Via-Technologie (TSV) verwendetIn 2,5D- und 3D-Chipgehäusetechnologien wird Kupferfolie als leitfähiges Füllmaterial für Durchkontaktierungen verwendet, um eine vertikale Verbindung zwischen den Chips herzustellen. Die hohe Leitfähigkeit und die gute Verarbeitbarkeit von Kupferfolie machen sie zu einem bevorzugten Material in diesen fortschrittlichen Gehäusetechnologien. Sie ermöglichen eine höhere Integrationsdichte und kürzere Signalwege und verbessern so die Gesamtleistung des Systems.

2. Flip-Chip-Verpackung

3. Leadframe-Verpackung

4. System-in-Package (SiP)

5. Fan-Out-Verpackung

6. Anwendungen im Bereich Wärmemanagement und Wärmeableitung

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

Die Anwendung von Kupferfolie in der Chipverpackung beschränkt sich nicht auf traditionelle leitfähige Verbindungen und das Wärmemanagement, sondern erstreckt sich auch auf neue Verpackungstechnologien wie Flip-Chip, System-in-Package, Fan-Out-Package und 3D-Package. Die multifunktionalen Eigenschaften und die hervorragende Leistungsfähigkeit von Kupferfolie tragen maßgeblich zur Verbesserung der Zuverlässigkeit, Leistung und Kosteneffizienz von Chipverpackungen bei.