У прецизном и сложеном процесу производње полупроводника за паковање плочица, термички стрес је попут „разарача“ скривеног у мраку, стално угрожавајући квалитет паковања и перформансе чипова. Од разлике у коефицијентима термичког ширења између чипова и материјала за паковање до драстичних промена температуре током процеса паковања, путеви генерисања термичког стреса су разноврсни, али сви указују на резултат смањења стопе приноса и утицаја на дугорочну поузданост чипова. Гранитна база, са својим јединственим својствима материјала, тихо постаје моћан „помоћник“ у решавању проблема термичког стреса.
Дилема термичког стреса у паковању вафли
Паковање плочица подразумева заједнички рад бројних материјала. Чипови су обично састављени од полупроводничких материјала као што је силицијум, док се материјали за паковање попут пластичних материјала за паковање и подлога разликују по квалитету. Када се температура промени током процеса паковања, различити материјали се значајно разликују у степену термичког ширења и скупљања због значајних разлика у коефицијенту термичког ширења (CTE). На пример, коефицијент термичког ширења силицијумских чипова је приближно 2,6×10⁻⁶/℃, док је коефицијент термичког ширења уобичајених материјала за ливење од епоксидне смоле чак 15-20 ×10⁻⁶/℃. Овај огромни јаз узрокује да степен скупљања чипа и материјала за паковање буде асинхрон током фазе хлађења након паковања, стварајући јак термички напон на граници између њих. Под континуираним дејством термичког напона, плочица се може искривити и деформисати. У тешким случајевима, може чак изазвати и фаталне дефекте као што су пукотине чипа, ломови лемљених спојева и деламинација границе, што доводи до оштећења електричних перформанси чипа и значајног смањења његовог века трајања. Према статистици индустрије, стопа неисправног паковања плочица узрокована проблемима са термичким напрезањем може бити чак 10% до 15%, што постаје кључни фактор који ограничава ефикасан и квалитетан развој полупроводничке индустрије.
Карактеристичне предности гранитних подлога
Низак коефицијент термичког ширења: Гранит се углавном састоји од минералних кристала као што су кварц и фелдспат, а његов коефицијент термичког ширења је изузетно низак, генерално у распону од 0,6 до 5×10⁻⁶/℃, што је ближе коефицијенту силицијумских чипова. Ова карактеристика омогућава да се током рада опреме за паковање плочица, чак и при температурним флуктуацијама, значајно смањи разлика у термичком ширењу између гранитне основе и чипа и материјала за паковање. На пример, када се температура промени за 10℃, варијација величине платформе за паковање изграђене на гранитној основи може се смањити за више од 80% у поређењу са традиционалном металном основом, што значајно смањује термички стрес изазван асинхроним термичким ширењем и скупљањем и пружа стабилније окружење за потпору плочице.
Одлична термичка стабилност: Гранит има изузетну термичку стабилност. Његова унутрашња структура је густа, а кристали су чврсто повезани јонским и ковалентним везама, што омогућава споро провођење топлоте унутра. Када опрема за паковање пролази кроз сложене температурне циклусе, гранитна основа може ефикасно да сузбије утицај промена температуре на себе и одржи стабилно температурно поље. Релевантни експерименти показују да се при уобичајеној брзини промене температуре опреме за паковање (као што је ±5℃ у минути), одступање једнообразности температуре површине гранитне основе може контролисати у оквиру ±0,1℃, избегавајући феномен концентрације термичког напрезања изазваног локалним температурним разликама, осигуравајући да је плочица у једнообразном и стабилном термичком окружењу током целог процеса паковања и смањујући извор стварања термичког напрезања.
Висока крутост и пригушење вибрација: Током рада опреме за паковање плочица, механички покретни делови унутра (као што су мотори, преносни уређаји итд.) генерисаће вибрације. Ако се ове вибрације преносе на плочицу, оне ће појачати оштећења узрокована термичким напрезањем плочице. Гранитне основе имају високу крутост и тврдоћу већу од многих металних материјала, што им омогућава да ефикасно одоле сметњама спољних вибрација. У међувремену, њихова јединствена унутрашња структура им даје одличне перформансе пригушења вибрација и омогућава им брзо расипање енергије вибрација. Истраживачки подаци показују да гранитна основа може смањити високофреквентне вибрације (100-1000Hz) које генерише рад опреме за паковање за 60% до 80%, значајно смањујући ефекат спрезања вибрација и термичког напрезања, и додатно осигуравајући високу прецизност и високу поузданост паковања плочица.
Практични ефекат примене
У производној линији за паковање плочица једног познатог предузећа за производњу полупроводника, након увођења опреме за паковање са гранитним базама, постигнути су значајни резултати. На основу анализе података инспекције 10.000 плочица након паковања, пре усвајања гранитне базе, стопа дефеката изазваних термичким напрезањем била је 12%. Међутим, након преласка на гранитну базу, стопа дефеката је нагло пала на унутар 3%, а стопа приноса је значајно побољшана. Штавише, дугорочни тестови поузданости су показали да је након 1.000 циклуса високе температуре (125℃) и ниске температуре (-55℃), број кварова лемних спојева чипа заснованог на кућишту са гранитном базом смањен за 70% у поређењу са традиционалним кућиштем, а стабилност перформанси чипа је значајно побољшана.
Како се технологија полупроводника стално развија ка већој прецизности и мањим димензијама, захтеви за контролу термичког напрезања у паковању плочица постају све строжији. Гранитне основе, са својим свеобухватним предностима у ниском коефицијенту термичког ширења, термичкој стабилности и смањењу вибрација, постале су кључни избор за побољшање квалитета паковања плочица и смањење утицаја термичког напрезања. Оне играју све важнију улогу у обезбеђивању одрживог развоја индустрије полупроводника.
Време објаве: 15. мај 2025.