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大型芯片TCB-温度和压力的计算和控制
2026-02-03 16:21:16

      随着异构封装和人工智能的进步,2.5D 和 3D 封装成为未来技术增长的核心。芯片变得越来越复杂,集成密度也越来越高。因此,在大面积上大尺寸基底的 FOWLP(晶圆扇出晶圆级封装)或 FOPLP(扇出晶圆级封装)工艺精确对准模具变得至关重要。错位可能导致电气接触不良或机械不稳定,直接影响性能。难度在于在保持整个粘合区域一致性的同时,而且需要准确对齐多个芯片!

     1.温度控制关键考虑因素:

     · 均匀加热 :大型芯片或晶圆需要均匀加热以避免局部过热或加热不足。

     · 材料性质 :不同材料随温度膨胀速率不同,因此管理温度梯度至关重要。

     · 绑定材料 :结合温度需在所用材料的特定范围内,通常在 200°C 到 400°C 之间,具体取决于粘结材料(如焊锡、助焊剂)。

     · 局部加热 :使用加热技术(如激光加热)将热量定位到特定区域非常有效。这最大限度地减少了热梯度,尤其是在大面积键合中。可通过反馈系统精确控制。

     · 受控腔室环境 :为了均匀加热,加热板或热夹头提供受控温度区。理想情况下,整个系统应进行保温,以减少热量损失并确保一致性。

     · 先进传感器 :红外热成像仪或热电偶在粘结区域周围部署,可以监测温度。这些传感器应与 PID(比例-积分-导数)控制器结合,以实现实时调整.

     2.温度分布计算 :

     为了均匀分布温度,可以使用热传导方程和傅里叶热传导定律 ,为了实现均匀加热 ,需要确保温度梯度ΔT最小,系统必须均匀散热。需要根据材料的性质(热导率和比热)调整热输入q 量,以确保加热均匀。

     q = 热通量(W),k = 材料的热导率(W/m·K),A = 横截面积(平方米),ΔT= 温差(K),L = 温度梯度距离 (m).

     3.高精度 TCB 中的压力控制和压力计算

     · 均匀的压力分布 :压力必须均匀分布于基板,尤其是对于大型芯片。如果压力不均匀,可能导致粘结不均匀 ,导致电学或机械性能较差的区域。

     · 局部压力变化 :压力可能因材料特性或被粘结的模具/基材尺寸而变化。在结合的不同阶段调整压力至关重要,尤其是在加热和结合阶段之间的过渡阶段。

     · 闭环压力控制 :Z轴均匀施加压力。使用压力传感器反馈系统可以实时监测施加在粘结区域的实际压力

     · 均匀压力分布 :可采用柔性结构设计 ,均匀分布压力于表面。

     · 动压调节 :压力可动态调节,以确保整个过程的均匀结合。例如,初始压力可以降低以避免芯片变形,而压力则可随着温度升高逐渐增加。

     · 压力计算公式:P=F/A,P = 压力,F = 施加的力 (N),A = 面积(平方米)。比如键合面积为 A=0.02m².键合力为 F=1000N,所需的键合压力在整个区域均匀。则压力=F/A=1000/0.02=50000Pa.这说明施加在结合区域的压力需要达到 50000Pa,才能实现均匀键合。

 

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