Kapslingsteknik för halvledare
Kapslingsdesignen för mikrochips spelar en avgörande roll för halvledarkomponenternas prestanda och tillförlitlighet. Därför måste en rad kritiska faktorer beaktas vid utformningen av kapslingar för integrerade kretsar (IC-packaging). Hit hör:
| Storlek och form | Kapslingens storlek och form avgör hur mikrochipet kan integreras i ett överordnat system. En större kapslingsvolym är fördelaktig för termiska hanteringslösningar och värmeavledning. I mobila enheter som smarttelefoner krävs däremot små och kompakta kapslingar för att minimera ytbehovet och byggutrymmet på kretskortet. |
| Material | Särskilt vid små geometrier måste kapslingsmaterialen för halvledaren bestå av värmeledande material såsom metall eller keramik. Av kostnadsskäl föredras dock formsprutade plastkomponenter (epoxigjutmassor) som kapslingsmaterial för halvledare i dag. På grund av plastens sämre termiska ledningsförmåga krävs ofta kompletterande termiska hanteringslösningar, exempelvis integrerade kylflänsar (heatsinks). |
| Anslutningsmöjligheter | Chipkapslingen innehåller flera anslutningar, så kallade ledare eller kontaktben (leads), som förbinder integrerade kretsar (IC) med exempelvis mönsterkortet (PCB). Kapslingens anslutningsmöjligheter måste beaktas redan under konstruktionsfasen av kapslingen för integrerade kretsar. Ett högt antal anslutningar kräver ofta en större skyddskapsling för mikrochips. |
| Prestandaegenskaper | Prestandaegenskaperna avgör hur kretsen kan användas i ett system. Det viktigaste kännetecknet är kretsens elektriska prestanda. |
| Skydd | För många applikationer i bilar och flygplan krävs kapslingar med robusta skyddsegenskaper för att klara extrema omgivningsförhållanden. I fokus står här framför allt en säker sammanfogning och limning (die attach och kapslingsförsegling) som tål kraftiga vibrationer. |
| Kostnader | Genom kostnadseffektiva material och rationell tillverkningsteknik för kapslingar hålls totalkostnaden för mikrochipsen inom givna ramar. |
Ny utveckling inom chipkapsling
Halvledarindustrins utveckling mot effektiva och tillförlitliga chipkapslingar för allt mindre och mer högpresterande kretsar innebär en rad tekniska utmaningar. En högre packningstäthet ska göra det möjligt att rymma fler chips på mindre yta. Syftet är att uppnå mindre elektroniska komponenter, förbättrad prestanda och lägre kostnader. Detta ställer kapslingsutvecklare inför flera centrala utmaningar:
- Högre precision i tillverkningen: Mindre chips ställer avsevärt högre krav på precision och noggrannhet i tillverkningsprocesserna för de nya, miniatyriserade kapslingslösningarna.
- Effektivare värmeavledning: Mer kraftfulla chips genererar mer värme som måste ledas bort. För att hantera detta krävs nya kapslingsmaterial för halvledare samt högpresterande chipkapsling.
Moderna metoder och material möjliggör en kontinuerlig vidareutveckling av kapslingsdesignen för mikrochips. Nya utvecklingsmetoder, såsom avancerad multifysikalisk simulering, öppnar för optimerade kapslingsdesigner. Tillverkningsmetoder som additiv tillverkning och nanoteknik vidgar potentialen inom halvledarkapsling ytterligare. Alternativa kapslingsmaterial, såsom grafen och kolnanorör, erbjuder markant förbättrade egenskaper för värmeavledning och elektrisk isolering. Detta banar väg för avancerade miniatyriserade kapslingslösningar, exempelvis 3D-kapsling med staplade chips (3D-stacking), små modulära chiplets samt integrerad värmeavledning genom in-package-kylning.
Processgaser för IC-packaging (skyddsgaser och tekniska gaser)
En förutsättning för högpresterande elektronikkomponenter är att fukt och föroreningar undviks. Därför genomförs noggranna rengörings- och torkprocesser av komponenterna före monteringen av chipkapslingen. Vid IC-packaging används företrädesvis kvävgas för chipinkapslingen. Alternativt kan formiergas, som en blandning av kvävgas och vätgas, erbjuda betydande fördelar vid inkapslingsprocessen.
- Inertisering: Kvävgas är en inert gas som under normala förhållanden inte reagerar med andra ämnen. Genom att tränga undan syre ur systemet skapas ett effektivt skydd mot oxidation. Vid användning av formiergas reduceras dessutom metalloxider aktivt av den ingående vätgasen.
- Torkning: Kvävgas verkar hygroskopiskt, vilket innebär att den ultratorra gasen aktivt tar upp och transporterar bort fukt från omgivningen. Därför lämpar sig kvävgas idealiskt för torkprocesser vid chipinkapsling.
- Sammanfogning (limning): Aktuella studier visar att vätgasen i formiergas förbättrar adhesivfilmen och vidhäftningen vid chipinkapsling.
Vårt gassortiment för IC-packaging
Följande tabell visar våra viktigaste produkter för IC-packaging.
| Teknisk gas | Kemisk formel | Egenskaper | Användningsexempel |
| Formiergas | N2 + H2 | Svagt reaktiv | Inertisering |
| Kvävgas | N2 | Inert | Torkning |
Försörjning av processgaser för halvledarkapsling
Kapslingsteknik för halvledare kräver rätt processgaser i hög renhetsgrad. Air Liquide tillhandahåller kvävgas och formiergas i de volymer ni efterfrågar. Vår formiergas kan dessutom anpassas fullständigt efter er specifika lim- och fogtyp. Våra lösningar omfattar bland annat värmehärdande limmer, UV-härdande limmer och tryckbara adhesiva limsystem.
Leveransformer för våra processgaser till chipkapsling
Våra gaser kan beställas efter era specifika behov. Vi erbjuder leverans i enskilda 50-liters gasflaskor eller i flaskpaket om tolv sammankopplade flaskor. För storskalig serietillverkning finns möjligheten att installera en kryogen gastank på plats med regelbunden påfyllning via tankbil.
Energiåtervinning genom rekuperation
Air Liquides Eco-Chiller gör det möjligt att utnyttja kryogent flytande gaser för energieffektiv kylning och värmeåtervinning. I detta system matas flytande kväve in i en värmeväxlare i kylkretsen. Den kryogena vätskan förångas av det varmare processvattnet, vilket samtidigt kyler ned processvattnet utan ytterligare eldriven kylkompressorkraft.
Våra tjänster och support för halvledarkapsling
Har ni frågor om användningen av processgaser för halvledarkapsling? Våra utbildade medarbetare står gärna till er tjänst för alla frågeställningar inom detta område. Dessutom tillhandahåller vi säkerhetsdatablad och utbildningar i säker hantering av gasformigt och flytande kväve. Tveka därför inte att kontakta oss angående skyddskapslingar för mikrochips via kontaktformuläret härintill.