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【科普】芯片內部尺寸受到哪些因素的限制與芯片封裝清洗的清洗劑選擇介紹

合明科技 ?? 2345 Tags:芯片制造芯片封裝清洗芯片封裝污染物

一、芯片內部尺寸受到什么限制?

芯片的主要元件是晶體管,一塊大型芯片能有上百億個晶體管,當我們能制造越小的晶體管,芯片能容納的元件數越多,晶體管的功耗也會越低。


在芯片制造中,我們希望利用光在小尺度范圍中創造電路圖案,那么為什么光能實現這個效果呢?光的雕刻極限又在哪呢?
  1. 衍射

影響光的雕刻水準的主要原因是光的衍射效應。光是一種電磁波,在光刻傳播過程中衍射不可避免,曝光范圍就有了最小特征尺度。光的分辨率,也就是光刻膠依據光輻照來重建圖形的能力有了限制。

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曝光過程的衍射 | 圖源Searchmedia - Wikimedia Commons

如下圖所示,當一束平行光經過一個狹縫,光會以無數子波的形式在傳播過程中相互干涉,形成明暗相間的衍射圖樣。

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單縫衍射 | 圖源Searchmedia - Wikimedia Commons


也就是說在微小尺度上考慮光的傳播,有光區域不再和無光區域涇渭分明,而是出現了模糊地帶,一個理想物點發出的光經過障礙物邊緣后,會偏離幾何光學直線傳播的特點,不再形成一個理想像點。

這正是因為狹縫寬度和光波長尺度相當時,光的波動效果迎來了舞臺,光可以利用波動效果繞開障礙物,在空間中彌散開來,形成了光發散的衍射效果,導致曝光區域范圍不再精準,光的分辨率有了極限。image.png

光的波動效果圖(對比直線傳播和波動效果) | 圖源Searchmedia - Wikimedia Commons

2.分辨率


在光學成像領域,分辨率是衡量分開相鄰兩個物點的像的能力。理想情況下,我們希望每個物點都能產生銳利的像點,但由于衍射,實際結果為有一定大小的光斑。如果兩個光斑(衍射圖樣)重疊程度過大,則像點難以分辨。


瑞利提出了一個有效的判據,分辨率計算公式為:

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該分辨率表達式描述了兩個光斑時恰好能分辨的極限位置——當一個光斑的極大位置與另一個光斑的第一個零值點重合。其中,λ為照明光波長。

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光斑不可分辨和恰好可分辨的極限情況 | 圖源Searchmedia - Wikimedia Commons


NA為數值孔徑,它描述了透鏡對光的匯聚能力,具體表現為平行光入射后的偏折程度(匯聚到焦點),計算表達式為:

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數值孔徑(n為折射率)| 圖源Searchmedia - Wikimedia Commons


瑞利判據常用來評價成像質量,而光刻系統是在光刻膠中成像的。光刻膠是一種高對比度的成像介質,在某些曝光條件下,雖然光學分辨率已經達到了瑞利判據的分辨極限以下,但光刻膠仍然可以呈現較好的成像結果,實現加工的目標。

光刻成像的分辨率為:

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Rlitho為光刻系統可分辨的圖形周期;k1為工藝因子。

3.光刻


芯片制造中光刻是最復雜、昂貴且關鍵的工藝,通常使用投影式光刻系統將掩模版的電路結構圖投射到硅晶片的表面。


光學透鏡可以聚集衍射光提高成像質量,在光刻技術中為得到盡可能小的圖案,在掩模板和光刻膠之間采用了一種具有縮小倍率的投影成像物鏡。

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投影式光刻系統 | 圖源網絡


二、芯片封裝清洗的污染物與清洗劑選擇:

水基清洗的工藝和設備配置選擇對清洗精密器件尤其重要,一旦選定,就會作為一個長期的使用和運行方式。水基清洗劑必須滿足清洗、漂洗、干燥的全工藝流程。

污染物有多種,可歸納為離子型和非離子型兩大類。離子型污染物接觸到環境中的濕氣,通電后發生電化學遷移,形成樹枝狀結構體,造成低電阻通路,破壞了電路板功能。非離子型污染物可穿透PC B 的絕緣層,在PCB板表層下生長枝晶。除了離子型和非離子型污染物,還有粒狀污染物,例如焊料球、焊料槽內的浮點、灰塵、塵埃等,這些污染物會導致焊點質量降低、焊接時焊點拉尖、產生氣孔、短路等等多種不良現象。

這么多污染物,到底哪些才是最備受關注的呢?助焊劑或錫膏普遍應用于回流焊和波峰焊工藝中,它們主要由溶劑、潤濕劑、樹脂、緩蝕劑和活化劑等多種成分,焊后必然存在熱改性生成物,這些物質在所有污染物中的占據主導,從產品失效情況來而言,焊后殘余物是影響產品質量最主要的影響因素,離子型殘留物易引起電遷移使絕緣電阻下降,松香樹脂殘留物易吸附灰塵或雜質引發接觸電阻增大,嚴重者導致開路失效,因此焊后必須進行嚴格的清洗,才能保障電路板的質量。

合明科技研發的水基清洗劑配合合適的清洗工藝能為芯片封裝前提供潔凈的界面條件。

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