رقاقة قابلة للقلب

في أنظمة تصنيع أشباه الموصلات التقليدية ، تُصنع الرقائق بأعداد كبيرة على رقاقة واحدة كبيرة من مادة شبه موصلة، عادةً السيليكون. تُطبع على كل رقاقة نقاط معدنية صغيرة قرب حوافها، تُستخدم كوصلات مع حامل ميكانيكي. تُقطع الرقائق بعد ذلك من الرقاقة وتُثبت على حواملها، عادةً عبر وصلات سلكية مثل الوصلات الحرارية الصوتية . تؤدي هذه الأسلاك في النهاية إلى دبابيس على السطح الخارجي للحوامل، والتي بدورها تتصل ببقية الدوائر التي تُشكل النظام الإلكتروني.

تُشبه عملية تصنيع رقاقة التوصيل المقلوبة عملية تصنيع الدوائر المتكاملة التقليدية، مع بعض الخطوات الإضافية. ^{[ 6 ]} قرب نهاية عملية التصنيع، تُطلى نقاط التوصيل بالمعدن لجعلها أكثر تقبلاً للحام. تتضمن هذه العملية عادةً عدة مراحل. ثم تُوضع نقطة صغيرة من اللحام على كل نقطة مطلية بالمعدن. بعد ذلك، تُقطع الرقائق من الرقاقة كالمعتاد.

لتركيب رقاقة التوصيل المقلوبة في الدائرة الكهربائية، تُقلب الرقاقة بحيث تلامس نقاط اللحام الموصلات أو نقاط التوصيل الموجودة على الدوائر الإلكترونية أو لوحة الدوائر أو الركيزة. ثم يُعاد صهر اللحام لتكوين وصلة كهربائية، عادةً باستخدام اللحام الحراري الصوتي أو بدلاً من ذلك عملية اللحام بالتدفق العكسي . ^{[ 7 ]}

يُخلّف هذا أيضًا مساحة صغيرة بين دارة الشريحة والتركيب الأساسي. في كثير من الحالات، يُستخدم لاصق عازل كهربائيًا لملء هذه المساحة لتوفير اتصال ميكانيكي أقوى، وتوفير جسر حراري ، وضمان عدم تعرض وصلات اللحام للإجهاد نتيجة التسخين التفاضلي للشريحة وبقية النظام. يعمل هذا اللاصق على توزيع التفاوت في التمدد الحراري بين الشريحة واللوحة، مما يمنع تركيز الإجهاد في وصلات اللحام الذي قد يؤدي إلى تلف مبكر. ^{[ 8 ]}

يمكن تركيب كرات اللحام على الرقائق الإلكترونية إما بتصنيعها بشكل منفصل ثم تثبيتها على الرقائق باستخدام جهاز شفط هوائي، ثم وضعها داخل الرقاقة بعد وضع مادة اللحام على نقاط التلامس الخاصة بالكرات، أو بتقنية النتوءات على الرقاقة، وهي عملية طلاء كهربائي يتم فيها ترسيب معادن أولية على رقاقة تحتوي على الرقائق المراد تثبيتها. يسمح هذا للحام بالالتصاق بنقاط التلامس أثناء عملية الطلاء الكهربائي. المعادن الأولية عبارة عن سبائك يتم ترسيبها بالرش على الرقاقة. تُستخدم طبقة مقاومة للضوء لترسيب المعدن الأولي فقط على نقاط التلامس. بعد ذلك، تخضع الرقاقة للطلاء الكهربائي، ثم تُزال طبقة المقاومة للضوء. ثم يُعاد تدفق اللحام على الرقائق لتشكيل النتوءات بالشكل النهائي. يتراوح قطر كرات اللحام عادةً بين 75 و500 ميكرون. ^{[ 9 ] [ 10 ]}

في عام 2008، تطورت أساليب التركيب عالية السرعة من خلال تعاون بين شركة Reel Service Ltd. وشركة Siemens في تطوير شريط تركيب عالي السرعة يُعرف باسم "MicroTape".. من خلال إضافة عملية الشريط والبكرة إلى منهجية التجميع ، أصبح من الممكن وضع المكونات بسرعة عالية، مما يحقق معدل التقاط بنسبة 99.90% ومعدل وضع يبلغ 21000 مكون في الساعة، باستخدام معدات تجميع لوحات الدوائر المطبوعة القياسية.

تتكون حزم رقائق التوصيل المقلوبة عادةً من رقاقة سيليكون موضوعة فوق "ركيزة"، وهذه الركيزة بدورها موضوعة فوق لوحة دوائر مطبوعة تقليدية. قد تحتوي الركيزة على مصفوفة شبكية كروية (BGA) على سطحها السفلي. تُتيح الركيزة توصيلات الرقاقة للوحة الدوائر المطبوعة. ^{[ 11 ]} تُصنع الركائز باستخدام أغشية تراكمية، مثل غشاء أجينوموتو التراكمي (ABF)، حول نواة، ويتم تكديس الغشاء على النواة على شكل طبقات باستخدام تقنية الترقق الفراغي عند درجات حرارة عالية. بعد تطبيق كل طبقة، يُعالج الغشاء، وتُصنع فتحات ليزرية باستخدام ليزر _ثاني أكسيد الكربون أو ليزر فوق بنفسجي، ثم تُنظف الفتحات العمياء في الركيزة، ويُخشن سطح الغشاء التراكمي كيميائيًا باستخدام برمنجنات البوتاسيوم، ثم يُرسب النحاس باستخدام طلاء النحاس الكيميائي ، يليه إنشاء نمط على النحاس باستخدام الطباعة الضوئية والحفر، ثم تُكرر هذه العملية لكل طبقة من طبقات الركيزة. ^{[ 12 ] [ 13 ]}

طُوِّرت تقنية الربط الآلي بالشريط (TAB) لتوصيل الرقاقات باستخدام تقنية الربط بالضغط الحراري أو الربط الحراري الصوتي على ركيزة مرنة تتضمن طبقة موصلة واحدة إلى ثلاث طبقات. كما تتيح تقنية TAB توصيل جميع دبابيس الرقاقة في آنٍ واحد، تمامًا كما هو الحال في تقنية التوصيل المباشر بالرقاقة باستخدام اللحام. في البداية، كانت تقنية TAB قادرة على إنتاج وصلات ذات مسافة أدق مقارنةً بتقنية التوصيل المباشر بالرقاقة، ولكن مع تطور هذه التقنية، تضاءلت هذه الميزة، مما جعل تقنية TAB تقنية توصيل متخصصة لبرامج تشغيل الشاشات أو ما شابهها، والتي تتطلب نظام تجميع خاصًا متوافقًا مع تقنية TAB ، مثل نظام اللفائف إلى اللفائف (R2R).

تتميز مجموعة رقاقة التوصيل المقلوبة الناتجة بصغر حجمها مقارنةً بالأنظمة التقليدية القائمة على الحامل؛ حيث توضع الرقاقة مباشرةً على لوحة الدوائر، وهي أصغر بكثير من الحامل من حيث المساحة والارتفاع. كما تُقلل الأسلاك القصيرة بشكل كبير من الحث ، مما يسمح بنقل إشارات أسرع، بالإضافة إلى تحسين توصيل الحرارة.

للرقائق القابلة للقلب عدة عيوب.

بسبب عدم وجود حامل، لا تُعدّ هذه الأجهزة مناسبة للاستبدال السهل أو التركيب اليدوي دون مساعدة. كما أنها تتطلب أسطح تركيب مستوية للغاية، وهو أمر ليس سهلاً دائماً، أو يصعب الحفاظ عليه أحياناً مع ارتفاع درجة حرارة اللوحات وانخفاضها. وهذا يحدّ من الحد الأقصى لحجم الجهاز.

كذلك، تتميز الوصلات القصيرة بصلابة عالية، لذا يجب أن يتوافق التمدد الحراري للشريحة مع اللوحة الداعمة وإلا فقد تتشقق الوصلات. ^{[ 14 ]} تعمل مادة الحشو السفلي كوسيط بين الفرق في معامل التمدد الحراري للشريحة واللوحة.