Applications du cuivre dans l'emballage des puces

feuille de cuivreL'utilisation de ce matériau dans le conditionnement des puces devient de plus en plus importante en raison de sa conductivité électrique et thermique, de sa facilité de mise en œuvre et de son rapport coût-efficacité. Voici une analyse détaillée de ses applications spécifiques dans le conditionnement des puces :

1. Liaison par fil de cuivre

• Remplacement pour fil d'or ou d'aluminiumTraditionnellement, on utilisait des fils d'or ou d'aluminium pour connecter électriquement les circuits internes des puces aux broches externes. Cependant, grâce aux progrès des techniques de traitement du cuivre et aux considérations de coût, le cuivre, sous forme de feuilles ou de fils, s'impose progressivement. Sa conductivité électrique représente environ 85 à 95 % de celle de l'or, pour un coût dix fois inférieur, ce qui en fait un choix idéal alliant hautes performances et rentabilité.
• Performances électriques amélioréesLe câblage par fils de cuivre offre une résistance plus faible et une meilleure conductivité thermique dans les applications haute fréquence et courant élevé, réduisant ainsi les pertes de puissance dans les interconnexions de puces et améliorant les performances électriques globales. Par conséquent, l'utilisation de feuilles de cuivre comme matériau conducteur dans les procédés de câblage permet d'améliorer l'efficacité et la fiabilité du boîtier sans augmenter les coûts.
• Utilisé dans les électrodes et les micro-bossesDans le boîtier flip-chip, la puce est retournée de sorte que les pastilles d'entrée/sortie (E/S) de sa surface soient directement connectées au circuit du substrat. Des feuilles de cuivre servent à réaliser les électrodes et les microbilles, qui sont soudées directement sur le substrat. La faible résistance thermique et la haute conductivité du cuivre garantissent une transmission efficace des signaux et de l'énergie.
• Fiabilité et gestion thermiqueGrâce à sa bonne résistance à l'électromigration et à sa robustesse mécanique, le cuivre offre une fiabilité accrue à long terme, même sous différentes variations de cycles thermiques et de densités de courant. De plus, sa conductivité thermique élevée contribue à dissiper rapidement la chaleur générée pendant le fonctionnement de la puce vers le substrat ou le dissipateur thermique, optimisant ainsi la gestion thermique du boîtier.
• Matériau du cadre conducteur: feuille de cuivreLe cuivre est largement utilisé dans l'encapsulation des puces, notamment pour les composants de puissance. La grille de connexion assure le support structurel et la connexion électrique de la puce, ce qui requiert des matériaux à haute conductivité et à bonne conductivité thermique. La feuille de cuivre répond à ces exigences, permettant de réduire efficacement les coûts d'encapsulation tout en améliorant la dissipation thermique et les performances électriques.
• Techniques de traitement de surfaceEn pratique, les feuilles de cuivre subissent souvent des traitements de surface tels que le nickelage, l'étamage ou le pelliculage argenté afin de prévenir l'oxydation et d'améliorer leur soudabilité. Ces traitements renforcent la durabilité et la fiabilité des feuilles de cuivre dans les boîtiers à grilles de connexion.
• Matériaux conducteurs dans les modules multi-pucesLa technologie système-en-boîtier (SoP) intègre plusieurs puces et composants passifs dans un seul boîtier afin d'obtenir une intégration et une densité fonctionnelle accrues. Une feuille de cuivre est utilisée pour fabriquer les circuits d'interconnexion internes et assurer la conduction du courant. Cette application exige que la feuille de cuivre présente une conductivité élevée et une finesse extrême pour optimiser les performances dans un espace d'intégration réduit.
• Applications RF et ondes millimétriquesLa feuille de cuivre joue également un rôle crucial dans les circuits de transmission de signaux haute fréquence sur SiP, notamment pour les applications radiofréquences (RF) et ondes millimétriques. Ses faibles pertes et son excellente conductivité lui permettent de réduire efficacement l'atténuation du signal et d'améliorer l'efficacité de transmission dans ces applications haute fréquence.
• Utilisé dans les couches de redistribution (RDL)Dans le packaging à répartition en éventail, une feuille de cuivre est utilisée pour constituer la couche de redistribution, une technologie qui répartit les entrées/sorties de la puce sur une surface plus étendue. La conductivité élevée et l'excellente adhérence de la feuille de cuivre en font un matériau idéal pour la réalisation de ces couches, permettant d'accroître la densité d'entrées/sorties et de faciliter l'intégration multi-puces.
• Réduction de la taille et intégrité du signalL'application de feuilles de cuivre dans les couches de redistribution permet de réduire la taille du boîtier tout en améliorant l'intégrité et la vitesse de transmission du signal, ce qui est particulièrement important dans les appareils mobiles et les applications informatiques hautes performances qui nécessitent des boîtiers plus petits et des performances plus élevées.
• Dissipateurs thermiques en feuille de cuivre et canaux thermiquesGrâce à son excellente conductivité thermique, le cuivre est fréquemment utilisé dans les dissipateurs thermiques, les canaux thermiques et les matériaux d'interface thermique des boîtiers de puces afin de transférer rapidement la chaleur générée par la puce vers les structures de refroidissement externes. Cette application est particulièrement importante pour les puces et les boîtiers haute puissance nécessitant un contrôle précis de la température, tels que les processeurs (CPU), les processeurs graphiques (GPU) et les puces de gestion de l'alimentation.
• Utilisé dans la technologie des interconnexions traversantes en silicium (TSV).Dans les technologies d'encapsulation de puces 2.5D et 3D, le cuivre est utilisé comme matériau de remplissage conducteur pour les vias traversants, assurant ainsi l'interconnexion verticale entre les puces. Sa conductivité élevée et sa facilité de mise en œuvre en font un matériau de choix pour ces technologies d'encapsulation avancées, permettant une intégration plus dense et des trajets de signal plus courts, et améliorant ainsi les performances globales du système.

2. Emballage à puce retournée

3. Emballage du cadre conducteur

4. Système intégré (SiP)

5. Emballage en éventail

6. Applications de gestion thermique et de dissipation de chaleur

7. Technologies d'emballage avancées (telles que l'emballage 2.5D et 3D)

De manière générale, l'utilisation de feuilles de cuivre dans le conditionnement des puces ne se limite pas aux connexions conductrices et à la gestion thermique traditionnelles, mais s'étend aux technologies de conditionnement émergentes telles que le flip-chip, le système en boîtier (SiP), le conditionnement en éventail (fan-out) et le conditionnement 3D. Les propriétés multifonctionnelles et les excellentes performances des feuilles de cuivre contribuent largement à améliorer la fiabilité, les performances et la rentabilité du conditionnement des puces.