XRF与电子封装小型化的挑战

当Jack Kilby在1958年展示第一个工作中的集成电路时,他的首要任务是将其小型化。1948年,继晶体管的发明问世后,计算机不再需要依赖大尺寸、热效率低的真空管技术。自此集成电路小型化的竞赛已经拉开序幕。

自Jack时代以来,半导体器件越来越小,如今我们使用的具有计算机功能的智能手机,已缩小至可以直接拿在手中畅玩。这种小型器件不仅处理能力非凡,而且令人难以置信的是,它甚至可以在足够低的温度下正常使用。这得益于集成电路本身的设计以及围绕它的连接器的复杂而有效的布置。

封装如何跟上芯片设计的步伐

也许,在减小整个芯片组件尺寸方面,最重要的发展是晶圆级封装(WLP)。这种制造方法可确保芯片和连接器尽可能小,芯片本身的面积也限定了器件尺寸。

随着器件变得越来越小、越来越复杂,封装对器件性能产生的影响也越来越大。连接器必须设计成尽量减小电阻和长度,以保持高转换速度和低工作温度。例如,倒装芯片技术用于金属线键合封装,因为其能提供更有效的触点;金属线密度大会妨碍高速连接,因为它们会导致电感过大。

如果尺寸和速度不足以在连接器设计中引起麻烦,则新一代MEMS将增加另一个复杂度。微电子机械系统(MEMS)将机械传感器和电子器件集成在一个芯片中。这项技术的新应用领域层出不穷,例如在气囊传感器、光学开关和血压传感器上使用的加速度计。这些传感器给已经复杂的设备增加了更多的触点,并且封装变得具有挑战性,因为传感器的一部分必须对环境开放才能变得有效,而其余部分则需要以正常方式进行电镀和密封。

无论芯片是标准集成电路处理器还是MEMS器件,其都是通过涂覆焊料的电镀金属层来实现连接。这里的关键部分是确保焊料下方的电镀层具有合适的厚度和成分。对于凸块下金属层(UBM),XRF用于验证施加焊料“凸块”后沉积层的完整性。

通过引线框架或印刷电路板(PCB)将半导体器件连接到其他任何器件通常有两种方式。与更小器件的更多连接意味着印刷电路板和引线框架必须在高密度下具有极薄的轨道。如今,印刷电路板已使用薄至20µm的轨道,当今最先进的引线框架必须经过激光切割或光蚀刻,以达到所需的精度和均匀性。

XRF是一项用于分析晶圆、引线框架和印刷电路板上沉积层的成熟技术,但是,由于其体积变得非常小,老式XRF光谱仪提供可靠结果的能力受到了挑战。

为晶元级封装分析而设计的XRF光谱仪:FT160

日立分析仪器开发了XRF光谱仪,特别适用于验证集成电路基材、凸块下金属层、引线框架电镀和印刷电路板电镀。FT160光谱仪包括最新的X射线荧光技术,提供纳米级电镀的高精度测量结果。小于30µm的光束直径可实现高精度的镀层厚度测量和成分分析,这对整个半导体制造过程中的焊料凸块、金属沉积和镀层至关重要。

届时,您可以参加China MEMS 第十一届国际MEMS技术及应用展,前往我司展位了解更多信息,我们的XRF专家将耐心为您解答关于XRF微小电子封装的所有问题,包括FT150 XRF光谱仪的信息。

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日期: 5 September 2019

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