Во прецизниот и сложен процес на производство на полупроводници за пакување на плочки, термичкиот стрес е како „уништувач“ скриен во темнината, постојано загрозувајќи го квалитетот на пакувањето и перформансите на чиповите. Од разликата во коефициентите на термичка експанзија помеѓу чиповите и материјалите за пакување до драстичните промени на температурата за време на процесот на пакување, патиштата на генерирање на термички стрес се разновидни, но сите укажуваат на резултатот од намалувањето на стапката на принос и влијанието врз долгорочната сигурност на чиповите. Гранитната основа, со своите уникатни својства на материјалот, тивко станува моќен „асистент“ во справувањето со проблемот на термички стрес.
Дилемата со термичкиот стрес во пакувањето на плочки
Пакувањето на плочки вклучува соработка на бројни материјали. Чиповите обично се составени од полупроводнички материјали како што е силициум, додека материјалите за пакување како што се пластичните материјали за пакување и подлогите се разликуваат по квалитет. Кога температурата се менува за време на процесот на пакување, различните материјали значително се разликуваат во степенот на термичка експанзија и контракција поради значителни разлики во коефициентот на термичка експанзија (CTE). На пример, коефициентот на термичка експанзија на силиконските чипови е приближно 2,6×10⁻⁶/℃, додека коефициентот на термичка експанзија на вообичаените материјали за обликување од епоксидна смола е дури 15-20 ×10⁻⁶/℃. Овој огромен јаз предизвикува степенот на собирање на чипот и материјалот за пакување да биде асинхрон за време на фазата на ладење по пакувањето, генерирајќи силен термички стрес на интерфејсот помеѓу двата. Под континуиран ефект на термички стрес, плочките може да се искриват и деформираат. Во тешки случаи, може дури и да предизвика фатални дефекти како што се пукнатини на чипот, фрактури на лемењето и деламинација на интерфејсот, што резултира со оштетување на електричните перформанси на чипот и значително намалување на неговиот век на траење. Според индустриската статистика, стапката на дефекти на пакувањето на плочки предизвикана од проблеми со термички стрес може да достигне и до 10% до 15%, што станува клучен фактор што го ограничува ефикасниот и висококвалитетен развој на полупроводничката индустрија.
Карактеристичните предности на гранитните основи
Низок коефициент на термичка експанзија: Гранитот е составен главно од минерални кристали како што се кварц и фелдспат, а неговиот коефициент на термичка експанзија е екстремно низок, генерално се движи од 0,6 до 5×10⁻⁶/℃, што е поблиску до оној на силиконските чипови. Оваа карактеристика овозможува за време на работата на опремата за пакување на плочки, дури и кога се соочува со температурни флуктуации, разликата во термичката експанзија помеѓу гранитната основа и чипот и материјалите за пакување значително да се намали. На пример, кога температурата се менува за 10℃, варијацијата на големината на платформата за пакување изградена на гранитната основа може да се намали за повеќе од 80% во споредба со традиционалната метална основа, што во голема мера го ублажува термичкиот стрес предизвикан од асинхроната термичка експанзија и контракција и обезбедува постабилна средина за поддршка на плочките.
Одлична термичка стабилност: Гранитот има извонредна термичка стабилност. Неговата внатрешна структура е густа, а кристалите се тесно поврзани преку јонски и ковалентни врски, овозможувајќи бавна спроводливост на топлината внатре. Кога опремата за пакување поминува низ сложени температурни циклуси, гранитната основа може ефикасно да го потисне влијанието на температурните промени врз себе и да одржува стабилно температурно поле. Релевантните експерименти покажуваат дека при вообичаена брзина на промена на температурата на опремата за пакување (како што е ±5℃ во минута), отстапувањето на униформноста на површинската температура на гранитната основа може да се контролира во рамките на ±0,1℃, избегнувајќи го феноменот на концентрација на термички стрес предизвикан од локални температурни разлики, осигурувајќи дека плочката е во униформна и стабилна термичка средина во текот на целиот процес на пакување и намалувајќи го изворот на генерирање на термички стрес.
Висока цврстина и пригушување на вибрации: За време на работата на опремата за пакување на плочки, механичките подвижни делови во внатрешноста (како што се мотори, уреди за пренос итн.) ќе генерираат вибрации. Ако овие вибрации се пренесат на плочките, тие ќе го интензивираат оштетувањето предизвикано од термичкиот стрес на плочките. Гранитните основи имаат висока цврстина и тврдост поголема од онаа на многу метални материјали, што може ефикасно да се спротивстави на пречките од надворешните вибрации. Во меѓувреме, нејзината единствена внатрешна структура ѝ дава одлични перформанси на пригушување на вибрации и ѝ овозможува брзо да ја распрсне енергијата на вибрациите. Податоците од истражувањата покажуваат дека гранитната основа може да ги намали високофреквентните вибрации (100-1000Hz) генерирани од работата на опремата за пакување за 60% до 80%, значително намалувајќи го ефектот на спојување на вибрациите и термичкиот стрес, а дополнително обезбедувајќи висока прецизност и висока сигурност на пакувањето на плочките.
Практичен ефект од примена
Во производствената линија за пакување на плочки на добро познато претпријатие за производство на полупроводници, по воведувањето на опрема за пакување со гранитни основи, постигнати се извонредни достигнувања. Врз основа на анализата на податоците од инспекцијата на 10.000 плочки по пакувањето, пред усвојувањето на гранитната основа, стапката на дефекти на искривување на плочките предизвикана од термички стрес била 12%. Меѓутоа, по префрлањето на гранитна основа, стапката на дефекти нагло се намали на 3%, а стапката на принос значително се подобри. Понатаму, тестовите за долгорочна сигурност покажаа дека по 1.000 циклуси на висока температура (125℃) и ниска температура (-55℃), бројот на дефекти на лемењето на чипот базиран на пакувањето со гранитна основа е намален за 70% во споредба со традиционалното пакување, а стабилноста на перформансите на чипот е значително подобрена.
Како што полупроводничката технологија продолжува да напредува кон поголема прецизност и помала големина, барањата за контрола на термичкиот стрес во пакувањето на плочки стануваат сè построги. Гранитните основи, со нивните сеопфатни предности во нискиот коефициент на термичка експанзија, термичката стабилност и намалувањето на вибрациите, станаа клучен избор за подобрување на квалитетот на пакувањето на плочки и намалување на влијанието на термичкиот стрес. Тие играат сè поважна улога во обезбедувањето одржлив развој на полупроводничката индустрија.
Време на објавување: 15 мај 2025 година