Comment faire substrats de circuits intégrés De la science des matériaux à la production de masse

Dans l'électronique d'aujourd'hui, la substrat IC est le héros inconnu : non mentionné sur l’étiquette du produit, mais celui qui dicte les performances, la fiabilité et l’étendue de la miniaturisation. Pour l'emballage à haute densité, la 5G et la technologie automobile, l'intégration MEMS et plus encore, le choix de substrats de circuits intégrés Le fabricant est aussi important que tous les autres aspects de la puce elle-même.
Dans cet article, vous verrez le processus de fabrication de substrats de circuits intégrés dans une usine de pointe et apprendre les fonctionnalités, à la fois sur le plan du produit et du processus, qui distinguent un fournisseur premium sur des marchés tels que les MEMS, le calcul à grande vitesse et la détection avancée.

Comprendre substrats de circuits intégrés et leur rôle dans les MEMS

substrats de circuits intégrés sont l'interface entre la matrice semi-conductrice et la circuit imprimé Ils permettent la connectivité électrique, fournissent un soutien mécanique, facilitent la gestion thermique et protègent contre l'environnement. Avec la complexité et l'intégration croissantes des dispositifs, en particulier MEMS, le substrat évolue de support passif à un activateur clé. Un leader substrat IC Le fournisseur doit adapter ses matériaux et ses structures afin de :
Soutenir le routage en ligne fine pour une densité d'E/S élevée Maintenir l'intégrité du signal à des fréquences élevées Dissiper la chaleur pour les puces à forte consommation d'énergie Offrir une protection mécanique aux dispositifs MEMS exposés aux vibrations, aux chocs et aux contraintes environnementales Pour les produits MEMS (capteurs inertiels, microphones, capteurs de pression), le substrat fournit également une plateforme de précision Pas étonnant, ces capteurs sont considérés comme le cœur de tout drone, robot ou même votre application d'armature dans de nombreux circuits électroniques. Il devrait avoir des dimensions stables, une correspondance CTE contrôlée et une métallisation robuste afin que les minuscules structures mobiles dans les dispositifs MEMS restent précises et fiables tout au long de la durée de vie du produit.
Matériaux de base et ingénierie d'empilage
La base de tout substrat IC est construit sur ses matériaux de base et sa configuration empilable. Un aperçu du processus de haut niveau à ce stade dans un substrats de circuits intégrés La gamme d’équipements du fabricant peut se composer de:
Noyaux haute performance: système de résine à faible perte, époxy BT, haute vitesse, haute fréquence, matériaux organiques avancés compatibles avec MEMS Foils de cuivre: Foils de cuivre ultra-lisses pour les couches de signal avec une tolérance très étroite sur l'épaisseur pour maintenir une gestion cohérente de l'impédance
Couches diélectriques: constante diélectrique personnalisée et tangente de perte, qui est très importante RF / HC et lecture précise MEMS
L'empilage est conçu pour fournir un compromis optimal entre les performances électriques, la raideur mécanique et la capacité de processus. Une attention particulière est portée sur le contrôle de la déformation et la planéité pour MEMS, car même des quantités minimales de variation peuvent perturber l'alignement de la structure MEMS et réduire la précision de détection.
Image et motifs en ligne fine
Une fois que les matériaux et l'empilage ont été établis, la prochaine étape critique est l'imagerie de circuit. Voici le substrats de circuits intégrés le producteur convertit les agencements de circuits en configurations microscopiques en cuivre.
Application Photoresist
Épaisseur uniforme de la couche photorésiste pour un contrôle précis de la ligne
Pour obtenir les lignes et les espaces les plus fins grâce à une imagerie à haute résolution
Gravure améliorée pour des traces de cuivre croustillantes et faibles!
Aujourd'hui, dans des processus critiques tels que les capacités de ligne fine aux microns à un chiffre pour des applications de pointe telles que les modules de capteur MEMS et les paquets de signal mixte, la réduction de la ligne de précision est plus importante que jamais. Cela offre l'avantage de comptes d'E/S beaucoup plus grands et de modules plus compacts sans perdre les performances ou la robustesse.
Via formation et métallisation
Les connexions verticales sont formées au moyen de forage mécanique, de forage laser ou d'une combinaison. Un haut niveau substrats de circuits intégrés Le fabricant développera et investira considérablement dans la technologie car elle a un impact important sur les performances électriques et la fiabilité à long terme! Les caractéristiques essentielles incluent :
Microvias pour le routage HDI et les schémas d'interconnexion 3D Vias empilés et échelonnés pour des conceptions complexes à plusieurs couches Vias remplis pour permettre le routage sous tampons et l'assemblage avancé
Une fois forés, les murs sont traités et plaqués de cuivre par des procédés de métallisation avancés. Via intégrité est particulièrement important pour l'emballage MEMS. Un nombre considérable de dispositifs MEMS nécessitent des trajets à faible fuite et une résistance stable en fonction de la température. Le placage parfait des vias contribue à des performances de capteur stables aux vibrations et à des trajets de signal uniformes, même dans des conditions de fonctionnement sévères.
Finitions de surface et soudabilité
La surface finit sur le style PCB d'un circuit imprimé doit être compatible avec la soudure. Couches externes d'un substrat IC devrait être la protection, ils peuvent également être optimisés pour le processus d'assemblage. Les finitions de surface typiques comprennent ENIG, ENEPIG, immersion silver entre autres finitions soudables.

Haut substrats de circuits intégrés fabricant personnalise fiablement les options de finition de surface aux besoins spécifiques:
Applications en or doux ou en fil-liaison et en puce à flip ENEPIG
Modules MEMS avec finitions à faible corrosion pour applications automobiles et industrielles
Les finitions pour maintenir collables et soudables après les finitions de surface d'assemblage MEMS de stockage étendu doivent également minimiser l'évacuation de gaz, la génération de particules et servir des environnements de fabrication propres tout en protégeant les caractéristiques mécaniques sensibles.
Stabilité dimensionnelle, contrôle de déformation et fiabilité
À mesure que les tailles des emballages diminuent et que plus de fonctionnalités sont remplies à l'intérieur, la stabilité mécanique devient un différenciateur clé. Un établi substrats de circuits intégrés le fabricant gère tous les contributeurs liés à la déformation et au changement dimensionnel
Formulation de résine et sélection de tissu de verre
Distribution symétrique du cuivre entre couches
Profils des conditions de stratification et de durcissement
Manipulation et stockage après lamination
Pour les dispositifs MEMS, ce n'est pas seulement un problème mécanique. La déformation et la dérive dimensionnelle peuvent provoquer un mal alignement d'une structure mobile, d'un chemin optique ou d'un port de pression autrement parfaitement construit, ce qui affecte non seulement l'étalonnage, mais également la précision à long terme. En ingéniant des matériaux, des empilements et des procédés de stratification spécifiquement pour les contraintes MEMS, le substrat est une plate-forme de référence stable pour les MEMS plutôt qu'une source de variation.
Contrôle du traitement, environnement propre et assurance qualité
Il s'agit autant de discipline de processus que d'outils pour produire une fiabilité élevée substrats de circuits intégrés . Une haute technologie substrats de circuits intégrés Le fabricant fait des affaires avec:
Surveillance étroite SPC des paramètres critiques tels que la largeur de ligne et via la résistance, enregistrement de couche
AOI et rayons X en ligne pour identifier les défauts dès le début.
Ordre des opérations dans les salles propres dans les étapes critiques pour permettre la fabrication spécifique aux MEMS
Essais RASS, y compris cyclisme thermique, HAST, vibrations et chocs mécaniques
Ces mêmes pratiques sont vitales pour les dispositifs MEMS destinés à être utilisés dans des applications critiques de sécurité telles que l'ADAS automobile, l'automatisation industrielle, médicale, etc. Les substrats sont nécessaires pour supporter les contraintes environnementales, tout en conservant des caractéristiques électriques stables et un support mécanique pour les structures MEMS.

Caractéristiques du produit à considérer

Outre les listes indiscriminates de fonctionnalités, les clients désirent certaines fonctionnalités du produit qui rendent la conception du système plus simple et le temps de mise sur le marché plus court. Les différenciateurs génériques comprennent:
Capacité de ligne fine pour interconnexions à haute densité dans des modules de petite taille
Matériaux compatibles avec RF haute performance, faible perte et faible déformation, numérique à grande vitesse et MEMS
Des empilages personnalisés pour les technologies de signal mixte, de puissance, de MEMS et même de multiples MEMS dans un seul substrat
Excellente planéité et stabilité dimensionnelle pour l'alignement et la précision dans la liaison MEMS
Finis de surface solides et métallisation pour résister à des environnements difficiles et une durée de vie prolongée.
En pratique, ces fonctionnalités permettent aux clients de placer des processeurs, des puces RF, de la gestion de l'énergie et des capteurs MEMS sur un seul substrat hautement conçu, de sorte qu'ils peuvent réduire la taille et la complexité sans renoncer aux performances.

Résumé: ouvrir la voie à l'électronique de nouvelle génération

Le traitement de substrats de circuits intégrés évalue un domaine de la science des matériaux, de l'imagerie de précision, du forage avancé et de l'assurance qualité rigoureuse. Quand un substrats de circuits intégrés fournisseur apporte ces techniques pour porter sur les exigences uniques de MEMS et d'emballage à haute densité, le substrat devient plus qu'un interposeur passif, il devient une plate-forme stratégique. De l'électronique grand public aux systèmes automobiles et industriels, le fournisseur de substrat que vous choisissez a un impact subtil sur l'intégrité du signal, la fiabilité et la miniaturisation du système. Pour les ingénieurs qui poussent l'enveloppe de l'intégration MEMS et de l'emballage avancé, en partenariat avec un fabricant avec une vraie compréhension de substrats de circuits intégrés est l'une des meilleures façons d'être assuré de la performance d'aujourd'hui et de la préparation à la technologie de demain.

Capteurs MEMS ( Micro système électromécanique ) Application