Малките, златни издатини на силициев чип, връзките, които по-късно ще бъдат обърнати и свързани към платка, са галванизирани от топъл, внимателно балансиран разтвор на златен сулфит. Химията на тази баня е изключително чувствителна. Един единствен атом желязо, никел или мед, който се разтваря от метален нагревател, би се отложил заедно със златото, образувайки твърд, крехък интерметалик, който би разрушил електрическите и механични свойства на издатината. Потопяемият нагревател в тази ценна, чувствителна вана трябва да е химически невидим. PTFE е този невидим източник на топлина.
Процесът на златно сулфитно покритие за нанасяне на пластини
Удрянето на пластини е критична стъпка в усъвършенстваното опаковане на полупроводници. След като интегралните схеми са произведени върху силиконова пластина, върху входно-изходните подложки се образуват малки проводящи неравности (обикновено злато, спойка или мед). Тези неравности позволяват чипът да бъде обърнат и залепен директно към субстрат или печатна платка-техника, известна като опаковане на флип-чип.
За удряне на злато ваната за галванично покритие най-често е aзлатен сулфитрешение. За разлика от по-старите златни бани, базирани на цианид, златният сулфит не е цианид, работи при почти неутрално до леко алкално рН (обикновено 8–10) и осигурява фино зърнесто, светло злато. Ваната съдържа:
Злато като натриев или калиев златен сулфитен комплекс.
Собствени стабилизатори за предотвратяване на разлагането.
Избелители и изравнители за постигане на гладка, равномерна неравна повърхност.
Проводими соли (напр. калиев сулфит или фосфат) за подобряване на разпределението на тока.
Ваната се поддържа нежна40-60 градуса. При тази температура скоростта на нанасяне на покритие е оптимизирана, напрежението на отлагането е сведено до минимум и морфологията на неравностите остава фина и равномерна. Целият процес се извършва в условия на чиста стая, често в покрити резервоари, за да се предотврати замърсяване от въздуха.
Защо PTFE нагревателят е индустриален стандарт
В аPTFE нагревател злато сулфит вафла блъсканеприложение, потапящият нагревател служи на една единствена, безкомпромисна цел: да осигури стабилна, равномерна топлина, без да въвежда никакви метални примеси във ваната. Един конвенционален нагревател с метална обвивка (напр. титан, неръждаема стомана или дори позлатен метал) бавно ще извлича йони в сулфитния разтвор. Сулфитният лиганд е мек комплексообразуващ агент, който може да атакува много метали, особено при повишени температури. Дори следи от желязо, никел, мед или цинк (части на милиард) могат да се отлагат съвместно със злато по време на галванично покритие. Тези чужди атоми образуват твърди, крехки интерметални фази или променят структурата на зърната на златния бум, което води до:
Повишена контактна устойчивост.
Намалена якост на срязване.
Крехко счупване по време на термозвуково или термокомпресионно свързване.
Лошо намокряне на основата по време на монтажа.
Потапящият нагревател с PTFE обвивка елиминира този риск напълно. PTFE обвивката е напълно инертна към леко алкалния разтвор на златен сулфит. Не реагира с химията на ваната, не абсорбира никакви компоненти и не отделя абсолютно никакви метални йони. Самият PTFE материал е първичен клас с висока чистота, без пълнители или добавки, които потенциално биха могли да отделят замърсители. Нагревателят може безопасно да бъде потопен във ваната за месеци или години, без да се влошава чистотата на разтвора.
Допълнителни предимства: незалепваща повърхност и възстановяване на златото
Гладката, незалепваща повърхност на PTFE осигурява второ важно предимство. Позлатените вани имат тенденция да отлагат метал върху всяка проводима или каталитично активна повърхност. Ако се използва метален нагревател, златото ще се изложи върху обвивката му, образувайки груб, неравен слой. Това би:
Изхвърляйте скъпо злато (в момента се оценява на над 60 000 долара за килограм).
Променете повърхностната излъчвателна способност и характеристиките на топлопреминаване на нагревателя.
Създайте източник на лющещи се частици, които могат да замърсят вафлата.
Изисква периодично отстраняване на нагревателя, скъпа и опасна стъпка за поддръжка.
PTFE нагревателят, тъй като е електрически изолиращ и некаталитичен, не насърчава отлагането на злато. Обвивката остава чиста, ярка и без метални натрупвания. Всяко злато, което се утаява (напр. поради разлагане във ваната), обикновено е фин прах, който може да се събира в отделни филтри, без да се залепва за нагревателя.
PTFE нагревателят е химически тихо, топло присъствие в деликатната баня, където се раждат златните връзки на чипа, като не добавя нищо освен прецизната топлина, необходима за перфектно, равномерно отлагане.
Осигуряване на еднаква височина на изпъкналостта по цялата пластина
За успешно залепване на флип-чип, златните издатини трябва да имат изключително еднаква височина по цялата подложка (обикновено в рамките на ±1–2 μm за изпъкналост от 50 μm). Всяка промяна в температурата в банята за покритие директно се превръща в промяна в скоростта на покритие, тъй като реакцията на отлагане се активира термично. Студеното място във ваната води до по-къси удари; гореща точка произвежда по-високи неравности. Когато пластината по-късно бъде подравнена и залепена, неравномерните височини на неравностите водят до отворени връзки (където късите неравности не влизат в контакт) или напукани стави (където високите неравности получават прекомерен натиск).
PTFE потопяемият нагревател е проектиран да осигурява равномерно нагряване с ниска ватова плътност. Множество нагревателни елементи са разпределени по дължината на PTFE обвивката или множество нагревателни елементи са подредени около резервоара за покритие. Ваната обикновено се циркулира (чрез помпа с PTFE облицовка или чрез барботиране на азот), за да се елиминират всички термични градиенти. PTFE нагревателят допринася за тази равномерност, като не създава локализирани горещи точки. Температурата на повърхността му се поддържа ниска (обикновено 3–5 градуса над температурата на банята), а PTFE обвивката разпространява топлината равномерно. Резултатът е еднородност на температурата от ±1 градус в резервоара за покритие, което позволява постоянни височини на изпъкналост от матрицата до матрицата.
Бележка за чистота: Изисквания за чисти помещения и качество на водата
Разтворът за златно сулфитно покритие, използван за блъскане на вафли, не е типична промишлена баня. Той трябва да отговаря на стандартите за чистота за полупроводници. Следователно, цялата система за отопление и обработка на флуиди трябва да бъде проектирана за свръхчиста работа:
Покрит резервоар:Резервоарът за покритие е снабден със стегнат капак (често направен от полипропилен или PVDF), за да се предотврати навлизането на частици във въздуха, прах и летливи органични съединения във ваната. PTFE нагревателят се монтира през запечатан фланец в капака или страничната стена.
DI вода с висока чистота: The bath is made up with semiconductor‑grade deionized (DI) water, typically with resistivity >18,2 MΩ·cm и общ органичен въглерод (TOC)<1 ppb. Any contamination in the water would be concentrated during bath operation.
Предварително почистване на PTFE нагревател:Преди монтаж PTFE нагревателят се почиства основно и се пасивира. Последователността на почистване обикновено включва:
Обезмасляване с мек почистващ препарат без остатъци.
Изплакване с DI вода.
Накисване в разреден разтвор на азотна или сулфаминова киселина (за отстраняване на всякакви повърхностни метални следи от производствения процес).
Окончателно изплакване с DI вода и изсушаване в чиста среда.
Без отделяне на силикон или въглеводороди:PTFE нагревателят трябва да бъде сертифициран като свободен от излужващи се силикони, пластификатори или други органични добавки, които биха могли да замърсят златния депозит или да действат като изравняващи агенти.
Оперативни практики за дълъг живот на банята
За да се увеличи максимално живота на златната сулфитна баня и PTFE нагревателя, се препоръчват следните практики:
Отопление на празен ход на резервоара:Когато линията за нанасяне на покритие не работи (напр. през нощта или през почивните дни), температурата на банята може да бъде намалена до стайна температура, за да се забави разграждането на органичните добавки. PTFE нагревателят е изключен. Може да се използва отделен PTFE резервен нагревател с ниска мощност, за да се поддържа ваната точно над точката на утаяване на всякакви соли (обикновено 30 градуса), но това често се избягва, за да се пести енергия.
Филтриране:Банята се филтрира непрекъснато през 0,2 μm или 0,1 μm полипропиленов или PTFE филтър за отстраняване на всякакви частици (включително всякакви златни утайки). Нагревателят от PTFE трябва да бъде позициониран така, че да се избегне директно въздействие върху обратния поток на филтъра, което може да причини локализирана ерозия или вибрации.
Периодичен анализ на банята:Концентрацията на златото, pH и нивата на добавките се измерват ежедневно. Внезапният спад в производителността на покритието понякога може да се проследи до повреда на нагревателя (напр. напукана обвивка, позволяваща навлизане на следи от метал). В такъв случай засегнатата баня трябва да се изхвърли и да се смени.
Проверка на нагревателя:По време на поддръжка на ваната (напр. ежемесечно), PTFE нагревателят се проверява визуално за пукнатини, обезцветяване или натрупване на злато (не трябва да има). Извършва се мегер тест (изолационно съпротивление), за да се гарантира, че в обвивката не е проникнала влага.
Заключение: Защита на критичните връзки на микрочипа
Потопяемият нагревател от PTFE е основният, незамърсяващ и надежден източник на топлина за процеса на блъскане на златни сулфитни пластини. Той защитава качеството на критичните връзки на микрочипа-малките златни издатини, които пренасят сигнали и захранване от чипа към външния свят. Без химически инертен разтвор за нагряване, който не съдържа метал, ваната ще се влоши, равномерността на изпъкналост ще пострада и добивите на сглобяване ще се сринат. Производителността на суперкомпютър, смартфон или автономно превозно средство е защитена от атомната чистота на обикновен пластмасов нагревател. В средата на чистата стая на полупроводниковите опаковки PTFE нагревателят не е просто компонент; той е пазител на чистотата, способстващ за добива и тих партньор в създаването на най-модерната електроника в света.
