برجستگی‌های طلایی و ریز روی یک تراشه سیلیکونی، اتصالاتی که بعداً برگردانده شده و به یک صفحه مدار متصل می‌شوند، از محلول سولفیت طلا گرم و متعادل آبکاری شده‌اند. شیمی این حمام بسیار حساس است. یک اتم منفرد آهن، نیکل یا مس که از یک بخاری فلزی حل می‌شود، با طلا رسوب می‌کند و یک ماده بین‌فلزی سخت و شکننده تشکیل می‌دهد که خواص الکتریکی و مکانیکی برآمدگی را از بین می‌برد. بخاری غوطه ور در داخل این حمام گرانبها و حساس باید از نظر شیمیایی نامرئی باشد. PTFE آن منبع گرمای نامرئی است.

فرآیند آبکاری سولفیت طلا برای برآمدگی ویفر

برآمدگی ویفر یک مرحله حیاتی در بسته بندی نیمه هادی پیشرفته است. پس از ساخت مدارهای مجتمع بر روی ویفر سیلیکونی، برجستگی های رسانای ریز (معمولاً طلایی، لحیم کاری یا مسی) روی پدهای ورودی/خروجی ایجاد می شود. این برجستگی‌ها به تراشه اجازه می‌دهند که برگردانده شود و مستقیماً به یک بستر یا تخته مدار متصل شود-، تکنیکی که به عنوان بسته‌بندی تراشه‌های چرخشی شناخته می‌شود.

برای برآمدگی طلا، حمام آبکاری معمولاً یک استسولفیت طلاراه حل برخلاف حمام‌های طلای قدیمی‌تر و مبتنی بر سیانید، سولفیت طلا غیرسیانید است، در pH تقریباً خنثی تا قلیایی خفیف (معمولاً 8 تا 10) عمل می‌کند و ذخایر طلای ریزدانه و درخشان را ایجاد می‌کند. حمام شامل:

طلا به عنوان یک مجتمع سولفیت طلای سدیم یا پتاسیم.

تثبیت کننده های اختصاصی برای جلوگیری از تجزیه.

روشن کننده و تراز کننده برای دستیابی به سطحی صاف و یکنواخت.

نمک های رسانا (به عنوان مثال، سولفیت پتاسیم یا فسفات) برای بهبود توزیع جریان.

حمام در حالت ملایم نگهداری می شود40-60 درجه. در این دما، نرخ آبکاری بهینه می شود، تنش رسوب به حداقل می رسد و مورفولوژی برآمدگی خوب و یکنواخت باقی می ماند. کل فرآیند در شرایط اتاق تمیز، اغلب در مخازن سرپوشیده برای جلوگیری از آلودگی هوا انجام می شود.

چرا بخاری PTFE استاندارد صنعتی است؟

در یکبخاری PTFE برآمدگی ویفر سولفیت طلادر کاربرد، هیتر غوطه وری تنها یک هدف غیرقابل سازش را انجام می دهد: ارائه گرمای پایدار و یکنواخت بدون وارد کردن هرگونه ناخالصی فلزی به داخل حمام. یک بخاری معمولی با روکش فلزی (به عنوان مثال، تیتانیوم، فولاد ضد زنگ، یا حتی فلز با روکش طلا) به آرامی یون ها را به محلول سولفیت می ریزد. لیگاند سولفیت یک عامل کمپلکس کننده ملایم است که می تواند به بسیاری از فلزات به ویژه در دماهای بالا حمله کند. حتی مقادیر کمی از آهن، نیکل، مس یا روی (قطعات در میلیارد) می‌تواند در طول آبکاری با طلا رسوب کند. این اتم های خارجی فازهای بین فلزی سخت و شکننده را تشکیل می دهند یا ساختار دانه برآمدگی طلا را تغییر می دهند که منجر به موارد زیر می شود:

افزایش مقاومت در برابر تماس

کاهش مقاومت برشی.

شکستگی شکننده در حین اتصال حرارتی یا ترموفشاری.

خیس شدن ضعیف روی بستر در هنگام مونتاژ.

یک بخاری غوطه وری با روکش PTFE این خطر را به طور کامل از بین می برد. غلاف PTFE کاملاً نسبت به محلول سولفیت طلای قلیایی خفیف بی اثر است. با شیمی حمام واکنش نشان نمی دهد، هیچ جزء را جذب نمی کند و یون های فلزی مطلقاً صفر آزاد می کند. خود مواد PTFE یک درجه بکر با خلوص بالا، عاری از پرکننده ها یا مواد افزودنی است که به طور بالقوه می تواند آلاینده ها را شسته شود. بخاری را می توان ماه ها یا سال ها بدون کاهش خلوص محلول به طور ایمن در حمام غوطه ور کرد.

مزایای اضافی: سطح نچسب و بازیابی طلا

سطح صاف و نچسب PTFE دومین مزیت مهم را به همراه دارد. حمام های آبکاری طلا تمایل به رسوب فلز بر روی هر سطح رسانا یا فعال کاتالیزوری دارند. اگر از بخاری فلزی استفاده می شد، طلا روی غلاف آن قرار می گرفت و لایه ای ناهموار و ناهموار را تشکیل می داد. این کار:

ضایعات طلای گران قیمت (در حال حاضر بیش از 60000 دلار در هر کیلوگرم ارزش دارد).

ویژگی های انتشار و انتقال حرارت سطح بخاری را تغییر دهید.

منبعی از ذرات پوسته پوسته شدن ایجاد کنید که می تواند ویفر را آلوده کند.

نیاز به برداشتن دوره ای بخاری، یک مرحله تعمیر و نگهداری پرهزینه و خطرناک است.

بخاری PTFE، عایق الکتریکی و غیر کاتالیزوری است، باعث رسوب طلا نمی شود. غلاف تمیز، روشن و بدون تجمع فلز باقی می ماند. هر طلایی که رسوب می‌کند (مثلاً به دلیل تجزیه حمام) معمولاً پودر ریز است که می‌توان آن را روی فیلترهای جداگانه جمع‌آوری کرد و به بخاری نچسبید.

بخاری PTFE از نظر شیمیایی یک حضور گرم و خاموش در حمام ظریفی است که در آن اتصالات طلایی تراشه ایجاد می شود و چیزی جز گرمای دقیق مورد نیاز برای رسوب کامل و یکنواخت به آن اضافه نمی کند.

اطمینان از ارتفاع یکنواخت برآمدگی در سراسر ویفر

برای اتصال موفقیت آمیز تراشه برگردان، برجستگی های طلا باید دارای ارتفاع بسیار یکنواختی در سراسر ویفر باشند (معمولاً بین 1-2 میکرومتر برای یک برآمدگی 50 میکرومتر). هر گونه تغییر در دما در حمام آبکاری مستقیماً به تغییر در سرعت آبکاری تبدیل می شود، زیرا واکنش رسوب گذاری از نظر حرارتی فعال می شود. یک نقطه سرد در حمام برجستگی های کوتاه تری ایجاد می کند. یک نقطه داغ برجستگی های بلندتری ایجاد می کند. هنگامی که ویفر بعداً در یک راستا قرار می گیرد و به هم متصل می شود، ارتفاع برآمدگی های غیریکنواخت منجر به اتصالات باز (جایی که برجستگی های کوتاه با هم تماس ندارند) یا اتصالات ترک خورده (جایی که برجستگی های بلند فشار زیادی دریافت می کنند) می شود.

بخاری غوطه ور PTFE برای ارائه گرمایش یکنواخت و با چگالی کم وات طراحی شده است. چندین عنصر گرمایشی در طول غلاف PTFE توزیع شده‌اند یا واحدهای گرمکن متعددی در اطراف مخزن آبکاری قرار گرفته‌اند. حمام معمولاً به گردش در می آید (توسط یک پمپ با روکش PTFE یا با حباب نیتروژن) تا هرگونه گرادیان حرارتی را از بین ببرد. بخاری PTFE با ایجاد نکردن نقاط داغ موضعی به این یکنواختی کمک می کند. دمای سطح آن پایین نگه داشته می شود (معمولاً 3-5 درجه بالاتر از دمای حمام)، و غلاف PTFE گرما را به طور یکنواخت پخش می کند. نتیجه یک ± درجه یکنواختی دمایی در سرتاسر مخزن آبکاری است که ارتفاع برآمدگی های ثابتی را از قالب به قالب می دهد.

نکته خلوص: اتاق تمیز و الزامات کیفیت آب

محلول آبکاری سولفیت طلا که برای برآمدگی ویفر استفاده می شود یک حمام صنعتی معمولی نیست. باید استانداردهای درجه خلوص نیمه هادی را رعایت کند. بنابراین، کل سیستم گرمایش و جابجایی مایعات باید برای عملیات فوق تمیز طراحی شود:

مخزن سرپوشیده:مخزن آبکاری با یک پوشش محکم (اغلب از پلی پروپیلن یا PVDF ساخته شده است) تعبیه شده است تا از ورود ذرات معلق در هوا، گرد و غبار و ترکیبات آلی فرار به داخل حمام جلوگیری کند. بخاری PTFE از طریق یک فلنج مهر و موم شده در پوشش یا دیوار جانبی نصب می شود.

آب DI با خلوص بالا: The bath is made up with semiconductor‑grade deionized (DI) water, typically with resistivity >18.2 MΩ·cm و کل کربن آلی (TOC)<1 ppb. Any contamination in the water would be concentrated during bath operation.

پیش تمیز کردن بخاری PTFE:قبل از نصب، بخاری PTFE به طور کامل تمیز و غیر فعال می شود. توالی تمیز کردن معمولاً شامل موارد زیر است:

چربی زدایی با مواد شوینده ملایم و بدون باقیمانده.

شستشو با آب DI.

خیساندن در محلول رقیق نیتریک یا اسید سولفامیک (برای حذف هرگونه اثر فلزی سطحی از فرآیند تولید).

شستشوی نهایی با آب DI و خشک کردن در یک محیط تمیز.

عدم انتشار سیلیکون یا هیدروکربن:بخاری PTFE باید فاقد سیلیکون‌های قابل شستشو، نرم‌کننده‌ها یا سایر افزودنی‌های آلی باشد که می‌توانند ذخایر طلا را آلوده کنند یا به عنوان عامل تسطیح عمل کنند.

شیوه های عملیاتی برای عمر طولانی حمام

برای به حداکثر رساندن عمر حمام سولفیت طلا و بخاری PTFE، اقدامات زیر توصیه می شود:

گرمایش بیکار مخزن:هنگامی که خط آبکاری بیکار است (به عنوان مثال، در طول شب یا در آخر هفته)، دمای حمام ممکن است به دمای اتاق کاهش یابد تا تخریب مواد افزودنی آلی کاهش یابد. بخاری PTFE خاموش است. برای نگه داشتن حمام درست بالاتر از نقطه بارش نمک (معمولاً 30 درجه) می توان از یک بخاری استند بای PTFE با وات پایین استفاده کرد، اما اغلب برای صرفه جویی در انرژی از این کار اجتناب می شود.

فیلتراسیون:حمام به طور مداوم از طریق یک فیلتر پلی پروپیلن یا PTFE 0.2 میکرومتر یا 0.1 میکرومتر فیلتر می شود تا ذرات (از جمله هر گونه رسوب طلا) از بین برود. بخاری PTFE باید طوری قرار گیرد که از برخورد مستقیم جریان برگشت فیلتر جلوگیری شود که می تواند باعث فرسایش یا لرزش موضعی شود.

تجزیه و تحلیل دوره ای حمام:غلظت طلا، pH و سطوح افزودنی روزانه اندازه گیری می شود. افت ناگهانی عملکرد آبکاری گاهی اوقات می تواند به دلیل خرابی بخاری باشد (به عنوان مثال، غلاف ترک خورده که اجازه ورود فلز کمیاب را می دهد). در چنین حالتی، حمام آسیب دیده باید دور ریخته شود و جایگزین شود.

بازرسی بخاری:در طول تعمیر و نگهداری حمام (به عنوان مثال، ماهانه)، بخاری PTFE به صورت بصری برای ترک، تغییر رنگ یا تجمع طلا بررسی می شود (هیچ کدام نباید وجود داشته باشد). آزمایش مگر (مقاومت عایق) برای اطمینان از عدم نفوذ رطوبت به غلاف انجام می شود.

نتیجه گیری: حفاظت از اتصالات حیاتی ریزتراشه

یک بخاری غوطه‌وری PTFE منبع حرارتی ضروری، غیر آلوده و قابل اعتماد برای فرآیند ضربه‌گیری ویفر سولفیت طلا است. از کیفیت اتصالات مهم ریزتراشه محافظت می‌کند-برآمدگی‌های طلایی کوچکی که سیگنال‌ها و نیرو را از تراشه به دنیای خارج می‌رسانند. بدون محلول حرارتی بی اثر شیمیایی و بدون فلز، حمام تخریب می‌شود، یکنواختی ضربه‌ها از بین می‌رود و بازده مجموعه از بین می‌رود. عملکرد یک ابر رایانه، یک گوشی هوشمند یا یک وسیله نقلیه خودران توسط خلوص اتمی یک بخاری پلاستیکی ساده محافظت می شود. در محیط تمیز بسته بندی نیمه هادی، بخاری PTFE صرفاً یک جزء نیست. این یک محافظ خلوص، یک توانمندساز عملکرد و یک شریک بی صدا در ایجاد پیشرفته ترین لوازم الکترونیکی جهان است.