Крошечные золотистые выступы на кремниевом чипе, соединения, которые позже будут перевернуты и прикреплены к печатной плате, нанесены гальваническим способом из теплого, тщательно сбалансированного раствора сульфита золота. Химический состав этой ванны чрезвычайно чувствителен. Одинокий блуждающий атом железа, никеля или меди, растворяясь в металлическом нагревателе, будет осаждаться вместе с золотом, образуя твердый, хрупкий интерметаллид, который разрушит электрические и механические свойства выступа. Погружной нагреватель внутри этой драгоценной и чувствительной ванны должен быть химически невидимым. ПТФЭ – это невидимый источник тепла.

Процесс золотосульфитного покрытия для наплавки пластин

Удар по пластинам — важнейший шаг в современной упаковке полупроводников. После изготовления интегральных схем на кремниевой пластине на контактных площадках ввода/вывода образуются крошечные проводящие выступы (обычно золото, припой или медь). Эти выступы позволяют перевернуть чип и прикрепить его непосредственно к подложке или печатной плате-эта технология известна как упаковка флип-чипа.

Для обработки золота чаще всего используется гальваническая ванна.сульфит золотарешение. В отличие от более старых ванн с золотом на основе цианида, сульфит золота не содержит цианида, работает при pH от почти нейтрального до слабощелочного (обычно 8–10) и обеспечивает мелкозернистое блестящее золото. В ванне имеется:

Золото в виде комплекса сульфита золота натрия или калия.

Собственные стабилизаторы для предотвращения разложения.

Отбеливатели и выравниватели для достижения гладкой и однородной неровной поверхности.

Проводящие соли (например, сульфит или фосфат калия) для улучшения распределения тока.

В ванне поддерживается щадящий режим.40–60 градусов. При этой температуре скорость нанесения покрытия оптимизируется, напряжение наплавки сводится к минимуму, а морфология выступов остается четкой и однородной. Весь процесс выполняется в условиях чистых помещений, часто в закрытых резервуарах для предотвращения загрязнения воздуха.

Почему нагреватель из ПТФЭ является отраслевым стандартом

ВНагреватель из ПТФЭ, пластина из сульфита золота, ударяющаясяПрименение погружного нагревателя служит единственной, бескомпромиссной цели: обеспечить стабильное и равномерное тепло без внесения каких-либо металлических примесей в ванну. Обычный нагреватель с металлической оболочкой (например, из титана, нержавеющей стали или даже позолоченного металла) будет медленно выщелачивать ионы в сульфитный раствор. Сульфитный лиганд является мягким комплексообразователем, способным разрушать многие металлы, особенно при повышенных температурах. Даже следовые количества железа, никеля, меди или цинка (частей на миллиард) могут осаждаться вместе с золотом во время гальваники. Эти инородные атомы образуют твердые, хрупкие интерметаллические фазы или изменяют зернистую структуру золотого выступа, что приводит к:

Повышенное контактное сопротивление.

Снижение прочности на сдвиг.

Хрупкое разрушение при термозвуковой или термокомпрессионной сварке.

Плохое смачивание основания во время сборки.

Погружной нагреватель с оболочкой из ПТФЭ полностью исключает этот риск. Оболочка из ПТФЭ полностью инертна к слабощелочному раствору сульфита золота. Он не вступает в реакцию с химией ванны, не поглощает никаких компонентов и не выделяет ионов металлов. Сам материал ПТФЭ представляет собой первичный материал высокой чистоты, не содержащий наполнителей и добавок, которые потенциально могут выщелачивать загрязняющие вещества. Нагреватель можно безопасно погружать в ванну на месяцы или годы без ухудшения чистоты раствора.

Дополнительные преимущества: антипригарная поверхность и восстановление золота.

Гладкая антипригарная поверхность ПТФЭ обеспечивает второе важное преимущество. Ванны для золочения имеют тенденцию откладывать металл на любой проводящей или каталитически активной поверхности. Если бы использовался металлический нагреватель, золото наслаивалось бы на его оболочку, образуя грубый, неровный слой. Это будет:

Отходы дорогого золота (сейчас его стоимость превышает 60 000 долларов за килограмм).

Измените коэффициент излучения поверхности нагревателя и характеристики теплопередачи.

Создайте источник отслаивающихся частиц, которые могут загрязнить пластину.

Требует периодической демонтажа нагревателя — дорогостоящего и опасного этапа технического обслуживания.

Нагреватель из ПТФЭ, будучи электроизолирующим и некаталитическим, не способствует осаждению золота. Ножны остаются чистыми, блестящими и без металлических отложений. Любое золото, которое выпадает в осадок (например, в результате разложения в ванне), обычно представляет собой мелкий порошок, который можно собрать на отдельных фильтрах и не прилипать к нагревателю.

Нагреватель из ПТФЭ представляет собой химически нейтральное, теплое присутствие в деликатной ванне, где рождаются золотые соединения чипа, не добавляя ничего, кроме точного тепла, необходимого для идеального и равномерного нанесения покрытия.

Обеспечение равномерной высоты выступа по всей пластине

Для успешного соединения перевернутых чипов золотые выступы должны иметь очень однородную высоту по всей пластине (обычно в пределах ± 1–2 мкм для выступа толщиной 50 мкм). Любое изменение температуры в ванне для нанесения покрытия напрямую приводит к изменению скорости нанесения покрытия, поскольку реакция осаждения термически активируется. Холодное пятно в ванне вызывает более короткие удары; горячая точка создает более высокие неровности. Когда пластина позже выравнивается и склеивается, неравномерная высота выступов приводит к открытым соединениям (где короткие выступы не соприкасаются) или трещинам в соединениях (когда высокие выступы подвергаются чрезмерному давлению).

Погружной нагреватель из ПТФЭ предназначен для обеспечения равномерного нагрева при низкой плотности мощности. Несколько нагревательных элементов распределены по длине оболочки из ПТФЭ или несколько нагревательных элементов расположены вокруг гальванического резервуара. Ванна обычно циркулирует (с помощью насоса с футеровкой из ПТФЭ или путем барботирования азота) для устранения любых температурных градиентов. Нагреватель из ПТФЭ способствует этой однородности, не создавая локальных горячих точек. Температура его поверхности поддерживается на низком уровне (обычно на 3–5 градусов выше температуры ванны), а оболочка из ПТФЭ равномерно распределяет тепло. В результате достигается однородность температуры в пределах ±1 градуса по всей гальванической ванне, что обеспечивает постоянную высоту выступов от штампа к штампу.

Примечание по чистоте: требования к чистым помещениям и качеству воды

Раствор для нанесения покрытия из сульфита золота, используемый для наплавки пластин, не является типичной промышленной ванной. Он должен соответствовать стандартам чистоты полупроводникового класса. Поэтому вся система отопления и подачи жидкости должна быть рассчитана на сверхчистую работу:

Крытый резервуар:Гальванический резервуар снабжен герметичной крышкой (часто из полипропилена или ПВДФ) для предотвращения попадания в ванну частиц, находящихся в воздухе, пыли и летучих органических соединений. Нагреватель из ПТФЭ монтируется через герметичный фланец в крышке или боковой стенке.

Деминерализованная вода высокой чистоты: The bath is made up with semiconductor‑grade deionized (DI) water, typically with resistivity >18,2 МОм·см и общее количество органического углерода (ТОС)<1 ppb. Any contamination in the water would be concentrated during bath operation.

Предварительная очистка ПТФЭ нагревателя:Перед установкой тефлоновый нагреватель тщательно очищается и пассивируется. Последовательность очистки обычно включает в себя:

Обезжиривание мягким, не оставляющим остатков моющим средством.

Промывка деионизированной водой.

Замачивание в разбавленном растворе азотной или сульфаминовой кислоты (для удаления следов металла с поверхности в процессе производства).

Окончательное промывание деионизированной водой и сушка в чистой среде.

Отсутствие выделения силикона или углеводорода:Нагреватель из ПТФЭ должен быть сертифицирован как не содержащий выщелачиваемых силиконов, пластификаторов или других органических добавок, которые могут загрязнять отложение золота или действовать как выравнивающие агенты.

Практика эксплуатации для увеличения срока службы ванны

Чтобы максимально продлить срок службы золотосульфитной ванны и ПТФЭ-нагревателя, рекомендуется выполнять следующие действия:

Нагрев бака на холостом ходу:Когда линия нанесения покрытия простаивает (например, ночью или в выходные дни), температуру ванны можно снизить до комнатной температуры, чтобы замедлить разложение органических добавок. ПТФЭ-нагреватель выключен. Отдельный резервный ПТФЭ-нагреватель малой мощности можно использовать для поддержания температуры ванны чуть выше точки осаждения любых солей (обычно 30 градусов), но этого часто избегают в целях экономии энергии.

Фильтрация:Ванна непрерывно фильтруется через фильтр из полипропилена или ПТФЭ с размером пор 0,2 или 0,1 мкм для удаления любых частиц (включая любые осадки золота). Нагреватель из ПТФЭ следует располагать таким образом, чтобы избежать прямого попадания обратного потока фильтра, что может вызвать локальную эрозию или вибрацию.

Периодический анализ ванны:Концентрация золота, pH и уровни добавок измеряются ежедневно. Внезапное падение характеристик покрытия иногда может быть связано с выходом из строя нагревателя (например, из-за трещины в оболочке, в которую проникают следы металла). В таком случае поврежденную ванну необходимо выбросить и заменить.

Проверка нагревателя:Во время технического обслуживания ванны (например, ежемесячно) нагреватель из ПТФЭ визуально осматривается на наличие трещин, обесцвечивания или отложений золота (ничего не должно быть). Проводится испытание мегомметром (сопротивление изоляции), чтобы убедиться в отсутствии проникновения влаги в оболочку.

Вывод: защита критически важных соединений микрочипа

Погружной нагреватель из ПТФЭ является незаменимым, незагрязняющим и надежным источником тепла для процесса штамповки пластин из сульфита золота. Он обеспечивает качество важнейших соединений микрочипа-маленьких золотых выступов, по которым сигналы и питание передаются от чипа во внешний мир. Без химически инертного, не содержащего металлов нагревательного раствора ванна будет разрушаться, однородность ударов пострадает, а производительность сборки упадет. Производительность суперкомпьютера, смартфона или автономного транспортного средства защищена атомной чистотой простого пластикового нагревателя. В чистых помещениях полупроводниковой упаковки нагреватель из ПТФЭ является не просто компонентом; это страж чистоты, источник дохода и молчаливый партнер в создании самой совершенной в мире электроники.