מהו Flip Chip?
Flip Chip (פליפ צ’יפ), הידועה גם בשם “חיבור שבב Flip-Chip” היא טכנולוגיית אריזה המשמשת בתעשיית המוליכים למחצה
לחיבור מעגלים משולבים (IC) או מיקרו-שבבים למעגלים חיצוניים, כגון לוח מעגלים מודפסים ( PCB) או התקן מוליכים למחצה אחר.
המאפיין של טכנולוגיית ה-Flip Chip הוא שהשבב מחובר ישירות, או “מתהפך”, על המצע,
מה שמאפשר חיבורים חשמליים יעילים ופיזור חום.
בסידור Flip Chip, המיקרו-שבב מתהפך כך שהמשטח הפעיל שלו,
המכיל את המגעים החשמליים (גבשושיות או כדורי הלחמה),
פונה למצע או לרכיב המטרה.
החיבור נעשה באמצעות בליטות הלחמה או חומרים מוליכים דומים,
המספקים גם את החיבור החשמלי וגם את התמיכה המכנית בין השבב למצע.
היתרונות של טכנולוגיית Flip Chip כוללים:
אורך נתיב אות מופחת: חיבורי Flip Chip הם קצרים מאוד, מה שמפחית את עיכובי הפצת האות
ומאפשר העברת נתונים במהירות גבוהה יותר בין המיקרו-שבב לרכיבים אחרים.
ביצועים תרמיים משופרים: מכיוון שחלקו האחורי של השבב נמצא במגע ישיר עם המצע,
ניתן לפזר את החום הנוצר מהשבב בצורה יעילה יותר.
צפיפות אריזה גבוהה יותר: טכנולוגיית Flip Chip מאפשרת צפיפות גבוהה יותר של חיבורים על השבב והמצע,
מה שמאפשר שילוב של רכיבים נוספים בתוך שטח קטן יותר.
ביצועים חשמליים משופרים: אורכי החיבור הקצרים יותר והאפקט הטפילי המופחת מביאים לשיפור בביצועים חשמליים,
כגון השתקפויות אות נמוכות יותר ושלמות אות טובה יותר.
תאימות עם יישומים בתדר גבוה: טכנולוגיית Flip Chip מתאימה ליישומים בתדר גבוה כמו RF (תדר רדיו)
ומכשירי מיקרוגל בשל אורך נתיב האות המופחת והשפעות טפיליות נמוכות יותר.
אמינות טובה יותר: החיבורים החשמליים הישירים הם חזקים ואמינים יותר בהשוואה לטכניקות חיבור חוטים.
עם זאת, טכנולוגיית ה-Flip Chip מציבה גם כמה אתגרים, כולל הצורך ביישור מדויק במהלך תהליך ההרכבה,
הפוטנציאל לבעיות הקשורות ללחץ עקב הבדלים במקדמי ההתפשטות התרמית בין השבב והמצע,
ומורכבות התכנון והייצור של חבילות Flip Chip.
טכנולוגיית Flip Chip הפכה לטכניקת אריזה חיונית בתעשיית המוליכים למחצה,
המאפשרת ייצור של מכשירים אלקטרוניים בעלי ביצועים גבוהים וקומפקטיים על פני יישומים שונים.
מי צריך Flip Chip?
טכנולוגיית Flip Chip מנוצלת על ידי מגוון רחב של תעשיות ויישומים הדורשים מכשירים אלקטרוניים בעלי ביצועים גבוהים,
קומפקטיים ואמינים.
חלק מהמגזרים הנהנים מטכנולוגיית Flip Chip כוללים:
אלקטרוניקה לצרכן: מכשירים כמו סמארטפונים, טאבלטים, מחשבים ניידים וגאדג’טים לבישים
דורשים רכיבים קומפקטיים ובעלי ביצועים גבוהים.
טכנולוגיית Flip Chip מסייעת ליצרנים להשיג את רמות האינטגרציה והביצועים הנדרשות עבור מכשירים אלה.
טלקומוניקציה: יישומי תדר גבוה בתקשורת, לרבות התקני RF ומיקרוגל,
נהנים מטכנולוגיית Flip Chip בשל אורך נתיב האות המופחת ושלמות האות המשופרת.
רכב: תעשיית הרכב משתמשת בטכנולוגיית Flip Chip עבור יישומים שונים,
כגון מערכות סיוע לנהג מתקדמות (ADAS), מערכות מידע ובידור,
יחידות בקרת מנוע (ECU) ועוד.
אמינות הטכנולוגיה ויכולתה לעמוד בתנודות טמפרטורה הן קריטיות בסביבת הרכב.
אלקטרוניקה תעשייתית: ציוד תעשייתי, מערכות אוטומציה ורובוטיקה דורשים
מחשוב בעל ביצועים גבוהים ועיצובים קומפקטיים.
טכנולוגיית Flip Chip מסייעת בהשגת דרישות אלו תוך שמירה על חוסן בתנאי הפעלה קשים.
מכשירים רפואיים: מכשירים רפואיים, כגון מכשירים מושתלים, ציוד אבחון ומערכות הדמיה רפואיות,
נהנים מהמזעור ומהאמינות הגבוהה שמציעה טכנולוגיית Flip Chip.
תעופה חלל והגנה: יישומי תעופה חלל והגנה דורשים אמינות וביצועים גבוהים בתנאים קיצוניים.
היכולת של טכנולוגיית Flip Chip לספק אריזה קומפקטית ומחוספסת היא בעלת ערך בתעשיות אלו.
מרכזי נתונים: ניתן למצוא טכנולוגיית Flip Chip בסביבות מחשוב בעלות ביצועים גבוהים,
שבהן מזעור עיכובי האות ואופטימיזציה של פיזור החום חיוניים לעיבוד נתונים יעיל.
IoT (האינטרנט של הדברים): מערכת IoT אקולוגית כוללת מגוון רחב של מכשירים בגדלים ודרישות משתנות.
טכנולוגיית Flip Chip מאפשרת ליצרנים ליצור מכשירי IoT קומפקטיים אך חזקים.
משחקים וגרפיקה: קונסולות משחקים ויחידות עיבוד גרפיות (GPU)
נהנות מהעברת הנתונים המהירה והביצועים התרמיים שמציעה טכנולוגיית Flip Chip.
ציוד רשת: התקני רשת, לרבות נתבים, מתגים ותחנות בסיס,
מסתמכים על טכנולוגיית Flip Chip כדי לענות על הדרישות של תקשורת נתונים מהירה.
בדיקה וייצור מוליכים למחצה: טכנולוגיית Flip Chip משמשת גם בייצור ובדיקה של מוליכים למחצה עצמם,
מה שתורם לייצור שבבים מתקדמים.
כל תעשייה או יישום הדורשים מזעור, ביצועים גבוהים, פיזור חום יעיל וחיבורים חשמליים אמינים
יכולים להפיק תועלת מטכנולוגיית Flip Chip.
הרבגוניות והיכולת שלה להתמודד עם אתגרים טכניים שונים הופכים אותה ל
בחירה רבת ערך עבור מגוון רחב של מכשירים ומערכות אלקטרוניות.
איך עובדת טכנולוגיית Flip Chip?
טכנולוגיית Flip Chip כוללת תהליך שבאמצעותו מיקרו-שבב מחובר למצע או לשבב אחר
כשהמשטח הפעיל שלו פונה כלפי מטה.
המטרה העיקרית היא ליצור חיבורים חשמליים בין רפידות המגע של השבב לבין הרפידות או הבליטות המתאימות על המצע.
להלן סקירה כללית של אופן הפעולה של תהליך ה-Flip Chip:
ייצור מיקרו שבב: התהליך מתחיל בייצור המיקרו-שבבים על פרוסות סיליקון. במהלך שלב זה,
המשטח הפעיל של השבב מעוצב בשכבות מתכת,
היוצרות רפידות מגע או בליטות שיתחברו מאוחר יותר לרכיבים חיצוניים.
חבטות: לאחר ייצור המיקרו-שבבים, הם עוברים תהליך “חבטות”.
בליטות של חומר מוליך (הלחמה או חומרים דומים) מופקדות על רפידות המגע על המשטח הפעיל של השבב.
בליטות אלו משמשות כנקודות חיבור למכלול הFlip Chip.
בדיקת מיקרו שבב: הפרוסה המכילה שבבי מיקרו מרובים עוברת בדיקה כדי לזהות שבבים פגומים.
זה עוזר להבטיח שרק שבבים פונקציונליים משמשים להרכבה, וחוסך זמן ומשאבים.
סינגולציה: לאחר השלמת בדיקת הפרוסות, הפרוסה “מופרדת”,
כלומר המיקרו-שבבים הבודדים מופרדים מהוופר.
הכנת מצע: המצע או רכיב המטרה, שיכול להיות PCB, מיקרו-שבב אחר, או מצע אריזה,
מוכנים עבור מכלול ה-Flip Chip.
זה כרוך ביצירת בליטות או רפידות מתאימות שמתיישרות עם הבליטות שבשבב.
יישור ומיקום: המיקרו-שבב מתהפך כך שהמשטח הפעיל שלו, עם בליטות ההלחמה, פונה כלפי מטה.
יישור הבליטות על השבב עם הבליטות או הרפידות על המצע הוא קריטי.
ציוד מדויק משמש ליישור הרכיבים בצורה מדויקת.
הדבקה: לאחר היישור, השבב מונח בעדינות על המצע, ובליטות ההלחמה מחוממות.
החום גורם לחומר ההלחמה לזרום מחדש,
ויוצר חיבור חשמלי ומכני מוצק בין המיקרו-שבב למצע. תהליך זה מכונה “הלחמה חוזרת”.
קירור והתמצקות: לאחר שההלחמה זרמה מחדש ויצרה חיבורים, מותר למכלול להתקרר ולהתמצק.
כתוצאה מכך נוצר חיבור יציב וחזק בין המיקרו-שבב למצע.
תת מילוי (אופציונלי): במקרים מסוימים, חומר מילוי נמוך מוכנס כדי למלא את החלל בין המיקרו-שבב למצע.
זה עוזר לשפר את היציבות המכנית, הביצועים התרמיים והאמינות על ידי הפחתת הלחץ על מפרקי ההלחמה.
בדיקה ובקרת איכות: לאחר השלמת הרכבת השבב, הוא עובר בדיקה כדי להבטיח קישוריות ופונקציונליות חשמליות נאותות.
בדיקות שונות, לרבות בדיקות חשמל ובדיקות רכיבה תרמית, מתבצעות על מנת לוודא את אמינות החיבורים.
תהליך ה-Flip Chip מאפשר חיבורים חשמליים יעילים, נתיבי אותות קצרים יותר,
פיזור חום משופר וצפיפות אריזה גבוהה יותר.
עם זאת, הוא דורש יישור מדויק ושליטה קפדנית של גורמים תרמיים ומכניים
כדי להבטיח הרכבה מוצלחת ואמינה.
יצרני Flip Chip מוכרים
חברות ויצרניות Flip Chip רבות ברחבי העולם היו מעורבות בטכנולוגיה ובשירותי Flip Chip.
הנה כמה חברות בולטות שמייצרות טכנולוגיית Flip Chip:
Intel Corporation: אינטל היא חברת מוליכים למחצה מובילה הידועה במעבדים וערכות השבבים שלה.
היא משתמשת בטכנולוגיית Flip Chip באריזת השבבים שלה במשך שנים.
AMD: AMD, מתחרה של אינטל, מעסיקה גם אריזת שבב Flip עבור המיקרו-מעבדים שלה.
Taiwan Semiconductor Manufacturing Company (TSMC): TSMC
היא אחת ממפעלי היציקה המוליכים למחצה הגדולים בעולם ומציעה שירותי אריזת Flip Chip ללקוחותיה.
Samsung Electronics: סמסונג, אימפריית אלקטרוניקה עולמי,
עוסקת בייצור מוליכים למחצה ויש לה מומחיות בטכנולוגיית Flip Chip.
GlobalFoundries: בית יציקה מוליכים למחצה זו מספקת מגוון פתרונות אריזה
של Flip Chip עבור יישומים שונים.
Amkor Technology: אמקור היא ספקית מרכזית של שירותי אריזה ובדיקות מוליכים למחצה,
לרבות פתרונות אריזה מסוג Flip Chip.
קבוצת ASE (Advanced Semiconductor Engineering, Inc.): ASE
היא ספקית מובילה של שירותי ייצור ואריזה של מוליכים למחצה, המציעה פתרונות Flip Chip.
STATS ChipPAC (Now JCET Group): חברה זו מספקת פתרונות אריזה ובדיקה
מתקדמים של מוליכים למחצה, כולל טכנולוגיית Flip Chip.
Powertech Technology Inc: חברה מטאיוואן המתמחה בשירותי אריזה ובדיקות IC, כולל טכנולוגיית Flip Chip.
Unisem: Unisem היא ספקית עולמית של שירותי הרכבה ובדיקה של מוליכים למחצה, כולל אריזת Flip Chip.
קבוצת UTAC: UTAC מציעה שירותי הרכבה ובדיקה של מוליכים למחצה,
כולל פתרונות Flip Chip, עבור מגוון תעשיות.
פלומר טכנולוגיות: חברה זו מתמחה בפתרונות אריזה מתקדמים, לרבות ציוד הדבקה אוטומטי של שבבי Flip.
FlipChip International (FCI): FCI היא חברה מתמחה המתמקדת בשירותים ופתרונות של הרכבת שבב Flip.
עלויות טכנולוגיית Flip Chip
עלות טכנולוגיית Flip Chip משתנה במידה רבה בהתאם לגורמים כמו מורכבות התכנון, גודל השבב,
סוג המצע, כמות היחידות המיוצרות, רמת הבדיקה ובקרת האיכות הנדרשת, וכן תעשייה או יישום ספציפי.
הנה כמה גורמים הקשורים לעלות שיש לקחת בחשבון:
מורכבות עיצובית: עיצוב השבב והמצע ממלא תפקיד משמעותי בקביעת העלויות.
עיצובים מורכבים עם מספר רב של רפידות מגע, מרווחים הדוקים ושכבות מתכת מרובות
יכולים להגדיל את עלויות הייצור וההרכבה.
ייצור רקיק: תהליך ייצור מיקרו-שבבים על רקיק כולל מספר שלבים, כולל פוטוליטוגרפיה,
שיקוע, תחריט ועוד.
עלות ייצור הפרוסות מושפעת מגודל הפרוסות, מספר השבבים לכל פרוסה, ומורכבות תהליך הייצור.
תהליך חבטות: העלות של יצירת בליטות הלחמה או בליטות מוליכות בשבב משתנה
בהתאם לשיטה המשמשת לחבטות (למשל, שקיעת הלחמה, ציפוי, הדפסת משחת הלחמה).
תהליכי חבטות מתקדמים גוררים עלויות גבוהות יותר.
תהליך הרכבה: תהליך ההרכבה עצמו, כולל יישור, הלחמה חוזרת וכל שלב נוסף כמו מילוי תת-מילוי,
יכול לתרום לעלות הכוללת.
נדרשים ציוד מדויק, כוח אדם מיומן ומתקנים מיוחדים להרכבת Flip Chip מוצלחת.
בדיקות ובקרת איכות: תהליכי בדיקה ובקרת איכות קפדניים מוסיפים לעלות
אך חיוניים כדי להבטיח את האמינות והפונקציונליות של מכלולי Flip Chip.
זה כולל בדיקת פרוסות, בדיקות חשמל, בדיקות רכיבה תרמית ועוד.
חומרים: עלות החומרים, לרבות המיקרו-שבבים, המצע, ההלחמה, חומר המילוי התת-מילוי (אם נעשה בו שימוש),
וכל חומרי העטיפה, יכולים להשפיע על העלות הכוללת של יישום טכנולוגיית ה-Flip Chip.
תפוקה ופגמים: התפוקה של שבבים פונקציונליים מתהליך ייצור הפרוסות משפיעה על העלויות.
שיעורי פגמים גבוהים יותר מובילים לתשואות נמוכות יותר,
המחייבות מחזורי ייצור פרוסות נוספים כדי להשיג את המספר הרצוי של שבבים פונקציונליים.
ציוד ומתקנים: יש צורך בציוד מיוחד לתהליכי חבטות, הרכבה ובדיקה.
תחזוקה והפעלה של מתקנים אלה יכולים לתרום לעלות הכוללת.
קנה מידה: העלות ליחידה יורדת ככל שנפח הייצור עולה.
ייצור גדול יותר יכול להוביל לחסכון בעלויות.
יישום ותעשייה: התעשייה והיישום הספציפיים יכולים להשפיע על רמת האיכות,
האמינות והבדיקות הנדרשות, ולהשפיע על העלות הכוללת.
מחקר ופיתוח והנדסה: עלויות מחקר ופיתוח ראשוניות, כמו גם מאמצים הנדסיים לייעל את תהליך ה-Flip Chip,
התכנון והבדיקה, תורמים אף הם לעלות הכוללת.
בגלל הגורמים המגוונים המעורבים, זה מאתגר לספק אומדן עלות ספציפי ליישום טכנולוגיית Flip Chip
מבלי לדעת את הדרישות המפורטות והמפרטים של פרויקט מסוים.
חברות ויצרנים המעוניינים לאמץ טכנולוגיית Flip chip צריכים לערוך ניתוח עלויות מקיף
המבוסס על הצרכים הספציפיים שלהם ויעדי הייצור.
חשוב לאזן בין עלויות לבין היתרונות המושכים מגורמים כמו מזעור, ביצועים משופרים ואמינות.
שאלות ותשובות בנושא Flip Chip
ש: מהם היתרונות של טכנולוגיית Flip Chip?
ת: טכנולוגיית Flip chip מציעה יתרונות כגון נתיבי אות קצרים יותר, פיזור תרמי משופר,
צפיפות אריזה גבוהה יותר, ביצועים חשמליים משופרים ותאימות ליישומים בתדר גבוה.
ש: אילו סוגי בדיקות מבוצעים בטכנולוגיית Flip Chip?
ת: בדיקות שונות, לרבות בדיקות חשמל, בדיקות רכיבה תרמיות, בדיקות רטט ועוד,
נערכים כדי לאמת את הקישוריות, האמינות והביצועים הכוללים של מכלול ה-Flip Chip.
ש: כיצד תורמת טכנולוגיית ה-Flip Chip למזעור?
ת: טכנולוגיית Flip Chip מאפשרת עיצובים קומפקטיים עקב נתיבי אות קצרים יותר,
חיבור ישיר ודרישות שטח מופחתות בהשוואה לשיטות אריזה אחרות כמו חיבור תיל.
ש: אילו גורמים משפיעים על עלות הטמעת טכנולוגיית Flip Chip?
ת: מורכבות העיצוב, ייצור רקיקים, תהליך חבטות, הרכבה, בדיקה, חומרים, תפוקה,
ציוד, חסכון בקנה מידה ודרישות ספציפיות לתעשייה/יישום, כולם תורמים לעלות הכוללת.
ש: האם ישנם חסרונות או אתגרים הקשורים לטכנולוגיית Flip Chip?
ת: האתגרים כוללים יישור מדויק, הבדלים במקדמי ההתפשטות התרמית,
פוטנציאל לבעיות מהימנות מפרקי הלחמה, והצורך בציוד מיוחד ומומחיות.
ש: מהי התחזית העתידית לטכנולוגיית Flip Chip?
ת: מכיוון שמכשירים אלקטרוניים ממשיכים לדרוש ביצועים גבוהים יותר בגורמי צורה קטנים יותר,
טכנולוגיית ה-Flip Chip צפויה להישאר שיטת אריזה חיונית,
המניעה התקדמות בקישוריות, יעילות ואמינות.
ש: מה מבדיל את טכנולוגיית ה-Flip Chip מחיבור תיל מסורתי?
ת: בטכנולוגיית Flip Chip, הצד הפעיל של המיקרו-שבב מחובר ישירות למצע,
בעוד שחיבור חוט כרוך בחיבור חוטים מרפידות המגע של השבב לרפידות החיבור של המצע.
ש: האם ניתן להשתמש בטכנולוגיית Flip Chip עבור יישומים בעלי הספק גבוה?
ת: כן, פיזור החום היעיל של טכנולוגיית ה-Flip Chip הופך אותה למתאימה ליישומים בעלי הספק גבוה,
אך ניהול תרמי זהיר חיוני למניעת התחממות יתר.
