آبکاری الکترولس نیکل آب طلا نیمه رساناهای مس

آبکاری الکترولس نیکل آب طلا نیمه رساناهای مس – ایران ترجمه – Irantarjomeh

مقالات ترجمه شده آماده گروه متالورژی

مقالات ترجمه شده آماده کل گروه های دانشگاهی

مقالات

چگونگی سفارش مقاله

الف – پرداخت وجه بحساب وب سایت ایران ترجمه(شماره حساب)ب- اطلاع جزئیات به ایمیل irantarjomeh@gmail.comشامل: مبلغ پرداختی – شماره فیش / ارجاع و تاریخ پرداخت – مقاله مورد نظر --مقالات آماده سفارش داده شده پس از تایید به ایمیل شما ارسال خواهند شد.

آبکاری الکترولس نیکل/آب طلا در  نیمه رساناهای بر مبنای مس

مقدمه

شرکتهای سازنده نیمه رساناها یک بار دیگر در آستانه تغییرات تکنولوژیکی گسترده کارخانه‌ای بسر می‌برند که مدارهای مجتمع را بطور قابل توجهی سریعتر، کوچکتر و ارزانتر خواهد ساخت. برای بیش از سی‌سال تقریبا تمامی‌نیمه رساناهای بر مبنای سلیکون بوسیله آلومینیوم بعنوان ماده هادی ساخته می‌شد. پیشرفتهای مهمی‌در طی چند سال گذشته ما را قادر ساخته است تا در زمینه توسعه و کاربرد مس در طراحی نیمه‌رساناها اقدام نمایم. تولید انبوه در چندین شرکت کاملا پیشرفته شروع شده و دیگر شرکتها نیز به سرعت در صدد توسعه تکنولوژیهای مس برآمده و به سوی جلو در امتداد این راه حرکت می‌نمایند.

مانند هر نوع‌آوری تکنولوژیکی دیگر، این تکنولوژی نیز نیازمند روشهای تولید، مواد و لوازم مورد نیاز جهت پیاده سازی دارد. امکانات کارخانه‌ای پیشرفته‌ای جهت ساخت چیپها با رساناهای مسی مورد نیاز است که بطور اساسی با موارد مشابه جهت ساخت آی‌سی‌های آلمینیومی‌متفاوت می‌باشد. کلیهOEM  ها در حال توسعه نسل بعدی از ابزارهای تولیدی خود می‌باشند. علاوه بر عملیات روبه‌جلو می‌بایست تغییراتی در پروسه‌های روبه‌عقب نیز روا داشت. این موارد شامل توسعه طرحهای میان اتصالی جهت اتصال آی‌سی‌ها به لایه بعدی بسته‌بندی می‌باشد. مواردی نظیر وایرباندینگ، فلیپ‌چیپ و غیره. به‌ خوبی قابل فهم است که خصیصه‌های میان ارتباطی جزء لاینفک طراحی کل سیستم بوده و به کوششی نظیر مرحله روبه‌جلو جهت اطمینان از عملکرد و اتکا به آی‌سی‌های برمبنای مس نیاز دارد.

ارتباط مستقیم با پدها یا لایه‌های وردی و ‌خروجی مس دارای مسائل و مشکلات خاص خود می‌باشد. اکسیدهای مس دارای خصیصه‌های متفاوتی با اکسیدهای آلمینیوم بوده که بر نتیجه کاوش، نتیجه وایرباندینگ و میزان اتکا تاثیر دارد. مهندسین برروی استراتژی‌های گوناگونی جهت جواب‌گویی به مسائل میان ارتباطی مرتبط با پدهای ورودی و خروجی مس کار نمودند. هدف اصلی روی هم قراردادن لایه نهایی مس با یک لایه محافظتی می‌‌باشد. تا بدین وسیله یک مدار مجتمع مسی جدید ساخته که‌ در تست و پکیجینگ (بسته‌های) مهندسی بسیار شبیه مدار مجتمع آلمینیوم قدیم باشد. البته این مسائل استراتژی هنوز نیز دارای مشکلاتی نظیر هزینه بالای لیتوگرافی و مراحل روکش‌کردن این لایه‌ها، تطابق فلز و تغییر الکتریکی می‌باشد.

استراتژی دوم تغییر پروسه وایرباندینگ می‌باشد، شامل فلزشناسی مفتول، به گونه‌ای که مفتول اتصال خوب و مستقیمی‌با مس داشته باشد. این روش ربطی به مسئله اکسیده‌شدن و یا خوردگی مس نداشته و در بیشتر مواقع یک لایه محافظتی را می‌بایست به همراه آی‌سی به کاربرد که درست قبل از پروسه وایرباندینگ برد اشته می‌شود. هیچ یک از این پروسه ذکر شده در بالا کاربرد مستقیم لحیم ضربه‌ای (فلیپ‌چیپ) بدون اضافه کردن لایه‌ای از فلز (UMB) را اجازه نمی‌دهند.

یک روش جایگزین جهت ساخت میان ارتباطات منطبق، قادر است تا سطح مس را به میزان یک فلز قابل توجه پس از اتمام IC fab تغییر دهد. یک چنین روشی از طریق پروسه شیمی‌مرطوب قادر به ته‌نشین‌سازی  یک لایه نیکل و طلا می‌باشد. آبکاری شیمیایی نیکل که با طلای فروبری ترکیب شده در حال حاضر با موفقیت در سطح آب با نیمه‌رساناها و با پدهای I/O آلمینیوم عملی گردیده است. (۵)

مزیت‌ ذاتی پروسه آبکاری شیمیایی نیکل / طلای آن است که احتیاجی به ماسک و هرگونه فلز‌شناسی ناقص ندارد. نیکل وطلا بدون آن که در نظر گرفته شود لایه نهایی کم اثر در سطح فلز پخش شده باشد قادرند یک لایه ‌فلزی مخصوص –  ناحیه را تشکیل دهند. استفاده از آبکاری شیمیایی نیکل نیاز به کاربرد فیلم نازک کاملا واکیوم شده و مجموعه ابزارهای مرتبط با فتولیتوگرافی و حکاکی را از بین می‌برد. مزایای مربوط به کاهش هزینه و صرفه‌جویی در وسایل کاملا مشهود است (۶). به طور اصولی، این تکنولوژی همچنین برای آی‌سی‌ها با فلز مس مناسب می‌باشد. در عمل، با این وجود، روکش نمودن سیلیکون بر مبنای Cu دارای تفاوتهای اساسی با ویفرهای A1، می‌باشد، مخصوصا فعال‌سازی انتخابی سطوح جهت روکش.

آبکاری الکترولس نیکل آب طلا نیمه رساناهای مس

آبکاری شیمیایی نیکل/طلا بر روی مس:

در فلزکاریهای آلومینیوم، بیشتر پروسه‌های معمول آبکاری شیمیایی شامل کاربرد یک پوشش روی در مراحل تولیدی جهت بکارگیری آلومینیوم بدون پوشش قبل از کاربرد نیکل می‌باشد. متاسفانه این پروسه فعال سازی را نمی‌توان در فلزکاری مربوط به مس بکار برد. کاتالیست پالادیوم، از طرف دیگر، قابل کاربرد در موارد فلز کاری مس را دارد و در حال حاضر در بسیاری از این موارد مورد استعمال قرار گرفته است. البته نه برای مدارهای پرعیار نیمه رسانا. این فعال سازی از نقطه نظر شیمی‌به مشخصی پروسه روی نمی‌باشد، منجر به نقص مرتبط با هسته زایی گردیده، که اغلب باعث اتصال نیکل بین ساختارهای مجاور می‌گردد.(شکل ۱). به کلوخه ها که در شکل آورده شده توجه کنید. این کلوخه ها نتیجه عدم انتخاب کاتالیز پدهای اتصال مس در مقابل لایه کم اثر می‌باشد. چگالی این کلوخه ها بطور معمول در نواحی مس با چگالی بالاتر بیشتر می‌باشد. ( پدهای I/O درجه باریک).

مانند پروسه آبکاری شیمیایی نیکل / طلا بر روی آلومینیوم (۵)، پروسه آبکاری شیمیایی نیکل / طلا بر روی مس بر اساس ضخامت روکش و درجات پد محدود می‌گردند. البته این مسلئه تا اندازه ای مرتبط با طبیعت غیر ماسکی رشد نیکل به هنگام روکش می‌باشد. بطور کل، نیکل از بازشدن کم اثر هندسی پیروی می‌کند. این بازشدن کم اثر نه تنها ابعاد روکش داخلی را مشخص می‌سازد، بلکه ضخامت لایه نیکل خارج از روکش،تا هنگامی‌که ضخامت نیکل کمتر از ضخامت لایه کم اثر باشد، ( معمول می‌باشد)، را نیز مشخص می‌نماید. چنانچه ضخامت نیکل بیشتری مورد نیاز باشد، می‌بایست بحساب آورد که،  اگر چه در کم اثر سازی شامل نشده، لایه نیکل بصورت عرضی در طول سطح کم اثر با سرعت مشابه رشد عمودی گسترش می‌یابد. فیلمهای نازک زیر نشان دهنده شکل  مقطع عرضی قارچی مانند معمولی می‌باشد که برای خصیصه های روکش الکتریکی مشاهده گردیده است (شکل ۳).

سطح توپوگرافی آبکاری شیمیایی نیکل بر روی مس بطور کلی صافتر از نیکل آبکاری شیمیایی بر روی آلومینیوم می‌باشد. علت این امر نیز بطور زیادی بواسطه ترکیب آلومینیومی‌است که در آی سی ها مورد استفاده قرار می‌گیرد.فلزکاری بر روی پد آلومینیوم معمولا شامل درصدی از درجات از هر دوی مس و / یا سیلیکون می‌باشد که در سرعتهای مختلف نسبت به آلومینیوم حک گردیده و باعث ایجاد سطح ساختاری پس از حک آلومینیوم و روی می‌شود. هر دو فلزکاری پدهای آلومینیوم و مس دارای سیستم القای گرما (عملیات حرارتی) می‌باشند، که به هنگام پروسه روکش تکرار می‌گردند  (شکل ۴).

آبکاری شیمیایی نیکل و پروسه فروبری طلا برای مس بسیار شبیه به پروسه آبکاری شیمیایی آلومینیوم می‌باشد. نظیر : پروسه شیمی- مرطوب متوالی در یکسری از مخازن. این پروسه شامل مراحل چندگانه ای نظیر پاک سازی، تجزیه نمودن، و روکش کردن.چندین مرحله پاکسازی جهت زدودن هرگونه اکسید مس و یا هر گونه رسوبات دیگر، که ممکن است بر روی سطح از زمان ترک وسیله جلویی فرم گرفته باشند، لازم است.عملیات تجزیه جهت فعال سازی نوبتی کلیه سطوح مس در معرض قرار گرفته مورد استفاده قرار می‌گیرد. شیمیدانها در دو عملیات روکش نمودن بطور خاص با استفاده از فرمول بندی سعی در ساخت لایه های نیکل (آبکاری شیمیایی) و طلا (فروبری) با چسبندگی خوب و روکش انتخابی نمودند. ضخامت نیکل برای کاربردهای IC دارای محدوده‌ای بین ۰٫۵ و ۲٫۵ میکرون می‌باشد، در حالی که لایه طلا بطور معمول دارای ضخامت ۵۰۰ الی ۱۰۰۰ آنگستروم می‌باشد. یک شسنشوی ثانویه طلا را  به هنگامی‌که طلای ضخیم تری مورد نظر باشد می‌بایست انجام داد. در این حالت، شستشوی طلای دوم یک فرمولاسیون آبکاری شیمیایی می‌باشد که اجازه می‌دهد تا لایه های طلا با ضخامتی در محدوده تا ۵۰۰۰ آنگستروم روکش شوند.

آبکاری الکترولس نیکل آب طلا نیمه رساناهای مس

بررسی فیلم یا لایه

سازگاری روکش UMB  فاکتور مهمی‌در قدرتمندی هر پروسه پیوند I/O بعدی بشمار می‌آید. آنالیز مته‌برداری یک تکنیک موثر برای چنین تحقیقاتی بحساب می‌آید. آنالیز فیلمهای روکش شده نشان دهنده آن است که سطح لایه طلا عناصری از جو که بطور معمول مشاهده می‌شوند، مثل کربن و اکسیژن، را جذب نموده است (شکل ۶a). زدودن یا برداشت این مواد ته نشین شده بوسیله تابش آرگن باعث بروز لایه‌ای شده که تقریبا همگن یا بصورت ایزوتوپ با ترکیبات طلا می‌باشند (شکل ۶b). مورد بعدی از طریق طلا به نیکل ترکیبات لایه نیکل را آشکار می‌سازد (شکل ۶c). شکل ۷a و ۷b پروفیل عمق آبکاری شیمیایی نیکل و فروبری لایه های طلا را نشان می‌دهد که بوسیله  مته  اسپکتروسکپی اندازه گیری شده است.

ارزشهای برش برای آبکاری شیمیایی نیکل بر روی مس قابل مقایسه با آن دسته از آبکاری شیمیایی نیکل بر روی آلومینیوم می‌بلشد. مثال زیر،  اتصال هفتگی مس به مواد زیر لایه، نه اتصال نیکل به مس، می‌باشد. صدمه شدید تاثیرناپذیر نیز در بعنوان نتیجه این برش ملاحظه شده است.

آبکاری الکترولس نیکل آب طلا نیمه رساناهای مس

کاربردها :

بکارگیری پروسه آبکاری شیمیایی نیکل و فروبری طلا در مس دارای یکسری از مزایا بشرح ذیل است(۷):

• ساختن یک سطح با قابلیت وایرباندینگ

• ساختن یک لایه مانع میان مواد میان اتصالی و پد I/O..

• محافظت از مس در برابر خوردگی و اکسیداسیون

• افزایش نتایج تحقیق بواسطه افزایش تماس الکتریکی جهت تحقیقات

• کاهش خطای تحقیق که معمولا در پدهای آلومینیوم مشاهده می‌شود.

• ساخت یک سطح قابل لحیم، باز نمودن IC جهت کارکردمستقیم فلیپ چیپ و یا کاربردهای CSP.

• ساخت یک سطح (نیکل بلند) منطبق با ماده‌ رسانای ناهمسانگرد (ACA و ACF).

• ساخت یک سطح (نیکل لاغر) منطبق با چسبندگی رساناها.

وایرباندینگ (اتصال مفتول)

پکیجینگ IC استاندارد یک وایرباندینگ مناسب IC بر روی قالب پلاستیکی سربی می‌باشد. تکنولوژی IC مسی را نمی‌توان با این فرمت بسته بندی نمود و کاملا محدود به پذیرش عمومی‌خود می‌باشد. محصولاتی که از اتصالات طلا/نیکل در فروبریNi/ روکش آبکاری شیمیایی Au استفاده می‌کنند برای بیش از یکسال در این فیلد بوده اند. شکل ۹a و ۹b نشان دهنده توپ معمولی طلا در پد I/O Ni/Au می‌باشد. میانگین مقدار برش توپ برای این وایر باندینگ در حدود ۶۰ گرم می‌باشد. مکانیزم خطا در میان فلزی وجود دارد، بدون حضور هیچگونه اثری از آوای فلز و یا چاله جوش.

آبکاری الکترولس نیکل آب طلا نیمه رساناهای مس

زیر لایه با خلوص مناسب

این تکنولوژی را می‌توان ماورای IC گسترش داد. این پروسه به منظور ساخت سطوح قابل لحیم بر روی زیرلایه های بر پایه مس با خلوص مناسب مورد استفاده قرار می‌گیرد.

کوبیدگی لحیم

یکی از کم هزینه ترین و پرانعطاف ترین پروسه ها که جایگزین برای ضربه آب نیز است استفاده آبکاری شیمیایی نیکل و یا طلای بعنوان فلزکاری تحت ضربه یا کوبیدگی و همچنین خمیر پرینت استنسیل جهت ته نشین سازی مواد در حال سوخت می‌باشد.

شکل ۱۱٫ تصویر ریز از ضربه لحیم زودگداز ب روی پدهای روکش آبکاری شیمیایی نیکل/طلا: (a آرایه جانبی خلوص ۷ میل و (b لحیم به بلندی ۶ میل بر روی پد ۵ میل.

آبکاری الکترولس نیکل آب طلا نیمه رساناهای مس

نتیجه گیری

انتقال از مدارهای مبتنی بر آلومینیوم به مدارهای مجتمع مبتنی بر مس نسل جدیدی از مدارهای مجتمع کوچکتر و سریعتر را  بوجود آورده است. به هنگامی‌که این تکنولوژی از حالت آزمایشگاهی خود خارج و وارد بازار تولید می‌گردد،  زیرساختار مورد نیاز جهت پشتیبانی از Cu در صف اول جای خواهد گرفت. بر این اساس، توجه اولیه بر روی تجهیزات سرمایه‌ای و بهینه‌سازی پروسه ها معطوف می‌شود. درست پشت این موضوع تست محصولات و اطمینان از آن مورد توجه قرار می‌گیرد. آبکاری شیمیایی نیکل که با طلای فروبری شده ترکیب می‌گردد تا آنکه باعث بوجود آمدن سطحی پایدار و متنوع بر روی مس ‌گردد. این سطح باعث استفاده متوالی از چندین روش مختلف میان اتصالی پدهای I/O می‌گردد. پدهای آزاد اکسیده موجب تست و تفحص دقیق تر با خطاهای کمتر می‌گردد. آبکاری شیمیایی Ni /Au فروبری-  در یافتن بازار کاربردی مانند اتصال مفتول قوی و محافظت پیشرفته در برابر خوردگی برای کاربردهای رسانا، موفقیت داشته است.