把芯片放大,可以看到其內(nèi)部存在著密密麻麻的線路排布,就像密集交織的高速公路,仿佛在極小的尺寸上建造了一座井然有序的電路城市。芯片結(jié)構(gòu)圖(肉眼和微觀) | 圖源pixabay芯片內(nèi)部有多小呢?如今我們在工業(yè)上運用的芯片最小制程,也就是我們?nèi)祟惸軇?chuàng)造出的微小尺寸,已經(jīng)達(dá)到3nm,芯片內(nèi)部可以集成上百億個晶體管。一、芯片制造的“多層”思路
無數(shù)納米級的電子元件在芯片上錯落排布,是將每一個元件事先制好,再一個一個安放上去嗎?
圖源pixabay(上);Searchmedia - Wikimedia Commons(下)不是!我們可以換個角度看待這個問題,在縱向仔細(xì)觀察,可以發(fā)現(xiàn)芯片是由一層層帶有不同圖案的片狀結(jié)構(gòu)縱向壘疊而成。如果我們將每一層事先制好,再縱向累加,二維結(jié)構(gòu)能疊加成三維器件,最后形成功能豐富的芯片。
縱向觀察芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu) | 圖源Searchmedia - Wikimedia Commons現(xiàn)在我們的目標(biāo)變成了如何制成有特定圖案的片狀結(jié)構(gòu)。首先我們要有能夠用來印上電路圖的片狀材料,也就是我們常聽說的硅晶圓,這是一種純度極高的硅,經(jīng)過加工后被切割成光滑、極薄的圓片。
硅晶圓 | 圖源pixabay(左);Searchmedia - Wikimedia Commons(右)
接著,我們就像木匠,需要找到稱手的工具來雕刻圖案,要制成內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜且極其微小的芯片,對加工工具的尺寸要求極高。聰明的我們找到了光這把刻刀,正是由于光具有豐富的波長,我們可以利用短波長的光來實現(xiàn)極其精細(xì)的加工。
可見光的豐富波長(不可見光波長更豐富) | 圖源Searchmedia - Wikimedia Commons我們希望通過光學(xué)曝光將圖紙上設(shè)計好的電路圖案轉(zhuǎn)移到硅晶圓上,但是光不能對硅材料產(chǎn)生影響,所以需要借助一個中間材料,也就是能直接和光相互作用的光刻膠。
旋涂在硅晶片上的光刻膠(靠旋轉(zhuǎn)離心力均勻覆蓋)| 圖源Searchmedia - Wikimedia Commons
要讓光實現(xiàn)圖案的信息的傳遞,可以利用將光完全擋住或完全通過的方式產(chǎn)生明暗圖案。光通過帶有電路圖案的擋光板(掩膜版),可以復(fù)制掩膜版的圖案信息,最后和硅晶圓表面上均勻覆蓋的光刻膠相互作用后,硅晶圓上出現(xiàn)了我們需要的圖案信息。
光刻成像曝光過程 | 圖源Searchmedia - Wikimedia Commons光刻膠是光刻成像的主要承載介質(zhì),分為正膠和負(fù)膠,曝光區(qū)域更容易在顯影液中溶解的為正性光刻膠,曝光區(qū)域更不易在顯影液中溶解的是負(fù)性光刻膠。
曝光過程的兩種結(jié)果(正膠和負(fù)膠)|圖源Searchmedia - Wikimedia Commons
假設(shè)使用的是正性光刻膠,當(dāng)曝光過程結(jié)束后,顯影液能夠溶解暴露在光下的光刻膠。接著再用化學(xué)物質(zhì)溶解裸露的硅晶圓,遺留在硅晶圓表面的光刻膠能起到保護硅晶圓的作用,這就是刻蝕過程。現(xiàn)在我們完成了目標(biāo),獲得了帶有特定電路圖案的硅晶圓。在這整個過程中,大致思路其實比較流暢,但芯片制造這項代表人類巔峰智慧的精密工程包含了無數(shù)嚴(yán)苛的要求。
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(shè)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(huán)境中的濕氣,通電后發(fā)生電化學(xué)遷移,形成樹枝狀結(jié)構(gòu)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(nèi)的浮點、灰塵、塵埃等,這些污染物會導(dǎo)致焊點質(zhì)量降低、焊接時焊點拉尖、產(chǎn)生氣孔、短路等等多種不良現(xiàn)象。
這么多污染物,到底哪些才是最備受關(guān)注的呢?助焊劑或錫膏普遍應(yīng)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(zhì)在所有污染物中的占據(jù)主導(dǎo),從產(chǎn)品失效情況來而言,焊后殘余物是影響產(chǎn)品質(zhì)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(zhì)引發(fā)接觸電阻增大,嚴(yán)重者導(dǎo)致開路失效,因此焊后必須進行嚴(yán)格的清洗,才能保障電路板的質(zhì)量。
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