如之前的介紹用于 IC 封裝的再分布層(RDL)技術(shù)及晶圓級(jí)封裝中的窄間距RDL技術(shù)及應(yīng)用]技術(shù)通常用于芯片封裝中的信號(hào)和電源引腳映射,用于實(shí)現(xiàn)芯片與封裝之間的連接。然而,對(duì)于高功率應(yīng)用,尤其是需要傳輸大電流或高功率的電路,額外的考慮和技術(shù)措施是必要的。
以下是一些支持高功率的RDL技術(shù)和策略:
(1). 金屬線(xiàn)選擇:對(duì)于高功率應(yīng)用, RDL中使用的金屬線(xiàn)材料需要具備低電阻和高導(dǎo)熱性能。例如,采用銅作為金屬線(xiàn)材料,可以降低線(xiàn)路電阻,并提高導(dǎo)熱性能,以便更好地分散熱量。
(2). 線(xiàn)寬和厚度增加:對(duì)于高功率應(yīng)用,RDL中的金屬線(xiàn)寬度和厚度通常需要增加,以增加電流傳輸?shù)哪芰?。這可以通過(guò)優(yōu)化工藝參數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn),例如,在制造過(guò)程中采用更多的薄膜沉積或更厚的金屬層。
(3). 熱管理:對(duì)于高功率應(yīng)用,熱管理至關(guān)重要。有效的熱管理可以通過(guò)添加散熱結(jié)構(gòu)、熱沉、熱傳導(dǎo)路徑等手段來(lái)實(shí)現(xiàn)。在RDL設(shè)計(jì)中,可以考慮增加散熱結(jié)構(gòu),例如散熱金屬填充或其他有助于熱量傳導(dǎo)和散熱的結(jié)構(gòu)。
(4). 絕緣材料選擇:對(duì)于高功率應(yīng)用,絕緣材料在RDL中的選取也很重要。選擇低介電常數(shù)的絕緣材料可以降低信號(hào)延遲和損耗,同時(shí)具備較好的絕緣性能。此外,有些絕緣材料也具備較高的導(dǎo)熱性能,可以幫助熱量的傳導(dǎo)和散熱。
(5). 布線(xiàn)規(guī)則優(yōu)化:在設(shè)計(jì)和布線(xiàn)過(guò)程中,還需要優(yōu)化布線(xiàn)規(guī)則,以確保高功率信號(hào)的穩(wěn)定傳輸。這包括合理的電流密度分布、避免高功率線(xiàn)路之間的相互干擾以及對(duì)電流路徑進(jìn)行充分考慮等。
因此,對(duì)于高功率應(yīng)用,RDL技術(shù)需要綜合考慮金屬線(xiàn)材料選擇、線(xiàn)寬和厚度增加、熱管理、絕緣材料選擇和布線(xiàn)規(guī)則優(yōu)化等因素。這些技術(shù)和策略的采用可以提供更好的功率傳輸能力和熱管理性能,以適應(yīng)高功率應(yīng)用的需求。
如下圖所示的高功率RDL方案的橫截面示意圖,此設(shè)計(jì)適用于需要厚銅的應(yīng)用,例如用于功率芯片的應(yīng)用。由于電鍍銅 UBM被化學(xué)鍍NiAu (E-less) NiAu UBM取代,因此 后者的RDL可以做得更厚,使其更堅(jiān)固。
CuNi RDL 高功率應(yīng)用與 Cu RDL 窄間距應(yīng)用具有類(lèi)似的工藝流程,如下圖所示:
主要區(qū)別在于在電鍍 Cu 的頂部增加了一層薄薄的電鍍 Ni 層,它們共同形成 CuNi RDL。
電鍍鎳層有兩個(gè)用途,首先,它充當(dāng)定義著陸焊盤(pán)開(kāi)口的 PI2 層具有非常好的附著力的表面,比銅層好得多。憑借出色的附著力,可以直接在CuNi RDL頂部的PI開(kāi)口中進(jìn)行化學(xué)鍍鎳,而不會(huì)有分層或電解液滲入PI2層下方的風(fēng)險(xiǎn)。
使用CuNi RDL方法,可以降低工藝成本、時(shí)間和設(shè)備利用率,因?yàn)椴恍枰狢u UBM,所以相對(duì)更昂貴光刻和電鍍步驟可以省略。特別是通過(guò)省略種子層濺射、銅電鍍、光刻、剝離光刻膠和蝕刻等工藝來(lái)實(shí)現(xiàn)成本節(jié)約。
CuNi RDL 適用于高功率應(yīng)用,添加了 Ni,并且能夠?qū)⒄麄€(gè) RDL 層鍍得更厚。下圖顯示了兩種方案,一種是帶錫球的,另一種是提供具有高支架的 UBM,并結(jié)合 CuNi RDL 設(shè)計(jì)。
上圖是顯示形成了一個(gè)高支架 NiAu UBM,下圖是一個(gè)帶有額外錫球的較小NiAu UBM?;瘜W(xué)鎳(E-less Ni)直接沉積在PI2層開(kāi)口內(nèi),形成與RDL Ni相連的實(shí)際UBM。在實(shí)現(xiàn)化學(xué)鍍鎳的沉積之前,通過(guò)去除氧化鎳來(lái)重新活化RDL鎳。化學(xué)鍍 Ni 和電鍍 RDL Ni 結(jié)合良好,沒(méi)有任何空隙。通過(guò)在 PI2 層頂部略微重疊化學(xué)鍍 Ni 覆蓋層。Ni UBM 帶有一層薄薄的沉金(immersion Au)。
如下圖顯示,電鍍鎳 (Ni RDL) 具有更結(jié)晶的外觀(guān),而化學(xué)鍍鎳具有更無(wú)定形的結(jié)構(gòu)。這是因?yàn)榛瘜W(xué)鎳中沉積了約 7% 的磷 (P)。電解液中的還原劑中含有磷化合物,因此,一些P與Ni共沉積。
在化學(xué)鍍 NiAu 工藝之后,通常完成錫球焊?;蛘撸瘜W(xué)鎳可以鍍高達(dá)25μm,用作各向異性導(dǎo)電薄膜(ACF)或各向異性導(dǎo)電粘合劑(ACA)、ACF/ACA上的倒裝芯片應(yīng)用。
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