Sīkie, zeltainie izciļņi uz silīcija mikroshēmas, savienojumi, kas vēlāk tiks apgriezti un savienoti ar shēmas plati, ir galvanizēti no silta, rūpīgi līdzsvarota zelta sulfīta šķīduma. Šīs vannas ķīmija ir īpaši jutīga. Atsevišķs kļūdains dzelzs, niķeļa vai vara atoms, kas izšķīst no metāla sildītāja, nogulsnējas kopā ar zeltu, veidojot cietu, trauslu intermetālu, kas sabojātu izciļņa elektriskās un mehāniskās īpašības. Iegremdējamajam sildītājam šajā vērtīgajā, jutīgajā vannā jābūt ķīmiski neredzamam. PTFE ir neredzamais siltuma avots.
Zelta sulfīta pārklāšanas process vafeļu triecienam
Vafeļu trieciens ir kritisks solis uzlabotajā pusvadītāju iepakojumā. Pēc tam, kad integrētās shēmas ir izgatavotas uz silīcija plāksnītes, uz ievades/izvades paliktņiem veidojas mazi vadoši izciļņi (parasti zelta, lodmetāla vai vara). Šie nelīdzenumi ļauj mikroshēmu apgriezt un tieši pielīmēt pie substrāta vai shēmas plates-; šo paņēmienu sauc par flip-chip iepakojumu.
Zelta sitieniem galvanizācijas vanna visbiežāk ir azelta sulfītsrisinājums. Atšķirībā no vecākām zelta vannām, kuru pamatā ir cianīds, zelta sulfīts nav cianīds, darbojas gandrīz neitrālā vai viegli sārmainā pH (parasti 8–10) un nodrošina smalku, spožu zelta nogulsnes. Vanna satur:
Zelts kā nātrija vai kālija zelta sulfīta komplekss.
Patentēti stabilizatori, lai novērstu sadalīšanos.
Balinātāji un izlīdzinātāji, lai iegūtu gludu, vienmērīgu nelīdzenumu virsmu.
Vadītspējīgi sāļi (piemēram, kālija sulfīts vai fosfāts), lai uzlabotu strāvas sadalījumu.
Vanna tiek uzturēta maiga40-60 grādi. Šajā temperatūrā pārklājuma ātrums ir optimizēts, nogulsnēšanās spriegums tiek samazināts līdz minimumam, un izciļņu morfoloģija paliek smalka un vienmērīga. Viss process tiek veikts tīras telpas apstākļos, bieži vien pārklātās tvertnēs, lai novērstu gaisa piesārņojumu.
Kāpēc PTFE sildītājs ir nozares standarts
In aPTFE sildītāja zelta sulfīta vafeļu trieciensIegremdējamais sildītājs kalpo vienam, bezkompromisa mērķim: nodrošināt stabilu, vienmērīgu siltumu, neievadot vannā metāliskus piemaisījumus. Parastais sildītājs ar metāla apvalku (piemēram, titāns, nerūsējošais tērauds vai pat apzeltīts metāls) lēnām izskalotu jonus sulfīta šķīdumā. Sulfīta ligands ir viegls kompleksveidotājs, kas var uzbrukt daudziem metāliem, īpaši paaugstinātā temperatūrā. Pat neliels daudzums dzelzs, niķeļa, vara vai cinka (daļas uz miljardu) galvanizācijas laikā var nogulsnēties kopā ar zeltu. Šie svešzemju atomi veido cietas, trauslas intermetāliskas fāzes vai maina zelta izciļņa graudu struktūru, izraisot:
Paaugstināta kontaktu pretestība.
Samazināta bīdes izturība.
Trausls lūzums termoskaņas vai termokompresijas savienošanas laikā.
Slikta mitrināšana uz pamatnes montāžas laikā.
Iegremdējamais sildītājs ar PTFE apvalku pilnībā novērš šo risku. PTFE apvalks ir pilnīgi inerts pret viegli sārmainu zelta sulfīta šķīdumu. Tas nereaģē ar vannas ķīmiju, neuzsūc nekādas sastāvdaļas un atbrīvo absolūti nulles metāla jonus. Pats PTFE materiāls ir augstas tīrības pakāpes neapstrādāta klase, bez pildvielām vai piedevām, kas varētu potenciāli izskalot piesārņotājus. Sildītāju var droši iegremdēt vannā mēnešiem vai gadiem, nemazinot šķīduma tīrību.
Papildu priekšrocības: Nepiedegoša virsma un zelta atgūšana
Gludā, nepiedegošā PTFE virsma nodrošina otru būtisko priekšrocību. Zelta pārklājuma vannām ir tendence nogulsnēt metālu uz jebkuras vadošas vai katalītiski aktīvas virsmas. Ja tiktu izmantots metāla sildītājs, zelts izklātos uz tā apvalka, veidojot raupju, nevienmērīgu slāni. Tas būtu:
Izšķērdējiet dārgo zeltu (pašlaik tā vērtība pārsniedz 60 000 USD par kilogramu).
Mainiet sildītāja virsmas izstarojošo spēju un siltuma pārneses raksturlielumus.
Izveidojiet atslāņojošu daļiņu avotu, kas varētu piesārņot vafeles.
Nepieciešama periodiska sildītāja noņemšana, kas ir dārga un bīstama apkope.
PTFE sildītājs, kas ir elektriski izolējošs un nav katalītisks, neveicina zelta nogulsnēšanos. Apvalks paliek tīrs, gaišs un bez metāla uzkrāšanās. Jebkurš zelts, kas izgulsnējas (piem., vannas sadalīšanās dēļ), parasti ir smalks pulveris, ko var savākt uz atsevišķiem filtriem, nevis piestiprināt pie sildītāja.
PTFE sildītājs ir ķīmiski kluss, silts klātbūtne smalkajā vannā, kur rodas mikroshēmas zelta savienojumi, pievienojot tikai precīzu siltumu, kas nepieciešams perfektai, vienmērīgai nogulsnēšanai.
Nodrošina vienmērīgu izciļņu augstumu pāri vafelei
Veiksmīgai flip-chip savienošanai zelta izciļņiem jābūt ļoti vienmērīgam augstumam visā plāksnē (parasti ±1–2 μm 50 μm izciļņiem). Jebkādas temperatūras izmaiņas pārklājuma vannā tieši izpaužas kā pārklāšanas ātruma izmaiņas, jo nogulsnēšanās reakcija tiek termiski aktivizēta. Aukstā vieta vannā rada īsākus izciļņus; karstā vieta rada garākus izciļņus. Kad vafele vēlāk tiek izlīdzināta un savienota, nevienmērīgi izciļņu augstumi noved pie atvērtiem savienojumiem (kur īsie izciļņi nesaskaras) vai saplaisājuši savienojumi (kur augstie izciļņi saņem pārmērīgu spiedienu).
PTFE iegremdējamais sildītājs ir izstrādāts, lai nodrošinātu vienmērīgu, zema vatu blīvuma sildīšanu. PTFE apvalka garumā ir sadalīti vairāki sildelementi vai ap pārklājuma tvertni ir izvietotas vairākas sildītāja vienības. Vannu parasti cirkulē (ar PTFE oderētu sūkni vai slāpekļa burbuļošanu), lai novērstu jebkādus termiskos gradientus. PTFE sildītājs veicina šo vienveidību, neradot lokalizētus karstos punktus. Tās virsmas temperatūra tiek uzturēta zema (parasti 3–5 grādi virs vannas temperatūras), un PTFE apvalks vienmērīgi izkliedē siltumu. Rezultāts ir ±1 grāda temperatūras viendabīgums visā pārklājuma tvertnē, nodrošinot konsekventu izciļņu augstumu no formas līdz galam.
Piezīme par tīrību: tīras telpas un ūdens kvalitātes prasības
Zelta sulfīta pārklājuma šķīdums, ko izmanto vafeļu triecienam, nav tipiska rūpnieciska vanna. Tam jāatbilst pusvadītāju tīrības standartiem. Tāpēc visa apkures un šķidruma apstrādes sistēma ir jāprojektē īpaši tīrai darbībai:
Pārsegta tvertne:Apšuvuma tvertne ir aprīkota ar blīvu vāku (bieži izgatavots no polipropilēna vai PVDF), lai novērstu gaisa daļiņu, putekļu un gaistošu organisko savienojumu iekļūšanu vannā. PTFE sildītājs ir uzstādīts caur noslēgtu atloku vākā vai sānu sienā.
Augstas tīrības pakāpes DI ūdens: The bath is made up with semiconductor‑grade deionized (DI) water, typically with resistivity >18,2 MΩ·cm un kopējais organiskais ogleklis (TOC)<1 ppb. Any contamination in the water would be concentrated during bath operation.
PTFE sildītāja iepriekšēja tīrīšana:Pirms uzstādīšanas PTFE sildītājs tiek rūpīgi iztīrīts un pasivēts. Tīrīšanas secība parasti ietver:
Attaukošana ar maigu mazgāšanas līdzekli bez atlikumiem.
Skalošana ar DI ūdeni.
Mērcēšana atšķaidītā slāpekļskābes vai sulfamīnskābes šķīdumā (lai noņemtu visas virsmas metāla pēdas no ražošanas procesa).
Pēdējā skalošana ar DI ūdeni un žāvēšana tīrā vidē.
Neizdalās silikons vai ogļūdeņraži:PTFE sildītājam ir jābūt sertificētam kā bez izskalojamiem silikoniem, plastifikatoriem vai citām organiskām piedevām, kas varētu piesārņot zelta nogulsnes vai darboties kā izlīdzināšanas līdzekļi.
Darbības prakse ilgstošai vannai
Lai maksimāli palielinātu zelta sulfīta vannas un PTFE sildītāja kalpošanas laiku, ieteicams veikt šādas darbības:
Tvertnes apkure tukšgaitā:Kad pārklājuma līnija ir dīkstāvē (piemēram, pa nakti vai nedēļas nogalēs), vannas temperatūru var samazināt līdz istabas temperatūrai, lai palēninātu organisko piedevu sadalīšanos. PTFE sildītājs ir izslēgts. Atsevišķu zemas jaudas PTFE rezerves sildītāju var izmantot, lai vannu uzturētu tieši virs jebkādu sāļu nokrišņu punkta (parasti 30 grādi), taču bieži vien no tā izvairās, lai taupītu enerģiju.
Filtrēšana:Vannu nepārtraukti filtrē caur 0,2 μm vai 0,1 μm polipropilēna vai PTFE filtru, lai noņemtu visas daļiņas (tostarp zelta nogulsnes). PTFE sildītājs jānovieto tā, lai izvairītos no tiešas saskares ar filtra atgaitas plūsmu, kas var izraisīt lokālu eroziju vai vibrāciju.
Periodiska vannas analīze:Zelta koncentrācija, pH un piedevu līmenis tiek mērīts katru dienu. Pēkšņa apšuvuma veiktspējas samazināšanās dažkārt var būt saistīta ar sildītāja atteici (piemēram, saplaisājis apvalks, kas ļauj izsekot metālam). Šādā gadījumā skartā vanna ir jāizmet un jānomaina.
Sildītāja pārbaude:Vannas apkopes laikā (piem., reizi mēnesī) PTFE sildītājs tiek vizuāli pārbaudīts, vai nav plaisu, krāsas maiņas vai zelta uzkrāšanās (nekādam nevajadzētu būt). Tiek veikta meggera pārbaude (izolācijas pretestība), lai pārliecinātos, ka apvalkā nav iekļāvies mitrums.
Secinājums: mikroshēmas kritisko savienojumu aizsardzība
PTFE iegremdējamais sildītājs ir būtisks, nepiesārņojošs un uzticams siltuma avots zelta sulfīta vafeļu trieciena procesā. Tas aizsargā mikroshēmas kritisko savienojumu kvalitāti-mazajos zeltainajos izciļņos, kas pārraida signālus un jaudu no mikroshēmas uz ārpasauli. Bez ķīmiski inerta, metālu nesaturoša sildīšanas šķīduma vanna sabojātos, ciestu nelīdzenums un montāžas produktivitāte sabruktu. Superdatora, viedtālruņa vai autonoma transportlīdzekļa veiktspēju aizsargā vienkārša plastmasas sildītāja atomu tīrība. Pusvadītāju iepakojuma tīrās telpas vidē PTFE sildītājs nav tikai sastāvdaļa; tas ir tīrības aizsargs, ražas veicinātājs un klusais partneris pasaulē vismodernākās elektronikas izveidē.
