把芯片放大,可以看到其內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。芯片內部有多小呢?如今我們在工業上運用的芯片最小制程,也就是我們人類能創造出的微小尺寸,已經達到3nm,芯片內部可以集成上百億個晶體管。一、芯片制造的“多層”思路
無數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,在縱向仔細觀察,可以發現芯片是由一層層帶有不同圖案的片狀結構縱向壘疊而成。如果我們將每一層事先制好,再縱向累加,二維結構能疊加成三維器件,最后形成功能豐富的芯片。
縱向觀察芯片內部結構 | 圖源Searchmedia - Wikimedia Commons現在我們的目標變成了如何制成有特定圖案的片狀結構。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,要制成內部結構復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極其精細的加工。
可見光的豐富波長(不可見光波長更豐富) | 圖源Searchmedia - Wikimedia Commons我們希望通過光學曝光將圖紙上設計好的電路圖案轉移到硅晶圓上,但是光不能對硅材料產生影響,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(靠旋轉離心力均勻覆蓋)| 圖源Searchmedia - Wikimedia Commons
要讓光實現圖案的信息的傳遞,可以利用將光完全擋住或完全通過的方式產生明暗圖案。光通過帶有電路圖案的擋光板(掩膜版),可以復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,分為正膠和負膠,曝光區域更容易在顯影液中溶解的為正性光刻膠,曝光區域更不易在顯影液中溶解的是負性光刻膠。
曝光過程的兩種結果(正膠和負膠)|圖源Searchmedia - Wikimedia Commons
假設使用的是正性光刻膠,當曝光過程結束后,顯影液能夠溶解暴露在光下的光刻膠。接著再用化學物質溶解裸露的硅晶圓,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。現在我們完成了目標,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嚴苛的要求。
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。
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