U preciznom i složenom procesu proizvodnje poluprovodnika za pakovanje pločica, termički stres je poput "razarača" skrivenog u mraku, koji stalno prijeti kvalitetu pakovanja i performansama čipova. Od razlike u koeficijentima termičkog širenja između čipova i materijala za pakovanje do drastičnih promjena temperature tokom procesa pakovanja, putevi nastanka termičkog stresa su raznoliki, ali svi ukazuju na rezultat smanjenja stope prinosa i uticaja na dugoročnu pouzdanost čipova. Granitna baza, sa svojim jedinstvenim svojstvima materijala, tiho postaje moćan "asistent" u rješavanju problema termičkog stresa.
Dilema termičkog stresa u pakovanju wafera
Pakovanje pločica uključuje zajednički rad brojnih materijala. Čipovi se obično sastoje od poluprovodničkih materijala kao što je silicijum, dok se materijali za pakovanje poput plastičnih materijala za pakovanje i podloga razlikuju po kvalitetu. Kada se temperatura promijeni tokom procesa pakovanja, različiti materijali se uveliko razlikuju u stepenu termičkog širenja i skupljanja zbog značajnih razlika u koeficijentu termičkog širenja (CTE). Na primjer, koeficijent termičkog širenja silicijumskih čipova je približno 2,6×10⁻⁶/℃, dok je koeficijent termičkog širenja uobičajenih materijala za kalupljenje od epoksidne smole visok i do 15-20 ×10⁻⁶/℃. Ovaj ogroman jaz uzrokuje da stepen skupljanja čipa i materijala za pakovanje bude asinhroni tokom faze hlađenja nakon pakovanja, stvarajući jak termički stres na granici između njih. Pod kontinuiranim uticajem termičkog stresa, pločica se može iskriviti i deformisati. U težim slučajevima, to može čak uzrokovati i fatalne nedostatke kao što su pukotine na čipu, lomovi lemnih spojeva i delaminacija granice, što rezultira oštećenjem električnih performansi čipa i značajnim smanjenjem njegovog vijeka trajanja. Prema statistikama industrije, stopa neispravnog pakiranja pločica uzrokovanog problemima s termičkim naprezanjem može doseći i 10% do 15%, što postaje ključni faktor koji ograničava efikasan i visokokvalitetan razvoj poluvodičke industrije.
Karakteristične prednosti granitnih podloga
Nizak koeficijent toplotnog širenja: Granit se uglavnom sastoji od mineralnih kristala kao što su kvarc i feldspat, a njegov koeficijent toplotnog širenja je izuzetno nizak, uglavnom u rasponu od 0,6 do 5×10⁻⁶/℃, što je bliže koeficijentu silicijumskih čipova. Ova karakteristika omogućava da se tokom rada opreme za pakovanje pločica, čak i pri suočavanju sa temperaturnim fluktuacijama, razlika u toplotnom širenju između granitne baze i čipa i materijala za pakovanje značajno smanji. Na primjer, kada se temperatura promijeni za 10℃, varijacija veličine platforme za pakovanje izgrađene na granitnoj bazi može se smanjiti za više od 80% u poređenju sa tradicionalnom metalnom bazom, što značajno ublažava toplotni stres uzrokovan asinhronim toplotnim širenjem i skupljanjem i pruža stabilnije okruženje za podršku pločici.
Odlična termička stabilnost: Granit ima izvanrednu termičku stabilnost. Njegova unutrašnja struktura je gusta, a kristali su čvrsto povezani jonskim i kovalentnim vezama, što omogućava sporo provođenje toplote unutra. Kada oprema za pakovanje prolazi kroz složene temperaturne cikluse, granitna baza može efikasno suzbiti uticaj temperaturnih promjena na sebe i održavati stabilno temperaturno polje. Relevantni eksperimenti pokazuju da se pri uobičajenoj brzini promjene temperature opreme za pakovanje (kao što je ±5℃ u minuti), odstupanje ujednačenosti temperature površine granitne baze može kontrolisati unutar ±0,1℃, izbjegavajući fenomen koncentracije termičkog napona uzrokovan lokalnim temperaturnim razlikama, osiguravajući da je pločica u ujednačenom i stabilnom termičkom okruženju tokom cijelog procesa pakovanja i smanjujući izvor stvaranja termičkog napona.
Visoka krutost i prigušivanje vibracija: Tokom rada opreme za pakovanje wafera, mehanički pokretni dijelovi unutra (kao što su motori, prijenosni uređaji itd.) generirat će vibracije. Ako se ove vibracije prenose na wafer, one će pojačati oštećenja uzrokovana termičkim naprezanjem. Granitne baze imaju visoku krutost i tvrdoću veću od mnogih metalnih materijala, što im omogućava da efikasno odole uticaju vanjskih vibracija. U međuvremenu, njihova jedinstvena unutrašnja struktura im daje odlične performanse prigušivanja vibracija i omogućava im brzo raspršivanje energije vibracija. Istraživački podaci pokazuju da granitna baza može smanjiti visokofrekventne vibracije (100-1000Hz) koje generiše rad opreme za pakovanje za 60% do 80%, značajno smanjujući efekat sprege vibracija i termičkog naprezanja, te dodatno osiguravajući visoku preciznost i visoku pouzdanost pakovanja wafera.
Praktičan učinak primjene
U proizvodnoj liniji za pakovanje wafera poznatog preduzeća za proizvodnju poluprovodnika, nakon uvođenja opreme za pakovanje sa granitnim bazama, postignuti su izuzetni rezultati. Na osnovu analize podataka inspekcije 10.000 wafera nakon pakovanja, prije usvajanja granitne baze, stopa defekata uzrokovanih termičkim naprezanjem iznosila je 12%. Međutim, nakon prelaska na granitnu bazu, stopa defekata naglo je pala na unutar 3%, a stopa prinosa se značajno poboljšala. Nadalje, dugoročni testovi pouzdanosti pokazali su da je nakon 1.000 ciklusa visoke temperature (125℃) i niske temperature (-55℃), broj kvarova lemnih spojeva čipa baziranog na granitnom kućištu smanjen za 70% u poređenju sa tradicionalnim osnovnim kućištem, a stabilnost performansi čipa je znatno poboljšana.
Kako se tehnologija poluprovodnika nastavlja razvijati prema većoj preciznosti i manjim dimenzijama, zahtjevi za kontrolu termičkog naprezanja u pakovanju pločica postaju sve stroži. Granitne baze, sa svojim sveobuhvatnim prednostima u niskom koeficijentu termičkog širenja, termičkoj stabilnosti i smanjenju vibracija, postale su ključni izbor za poboljšanje kvaliteta pakovanja pločica i smanjenje uticaja termičkog naprezanja. One igraju sve važniju ulogu u osiguravanju održivog razvoja industrije poluprovodnika.
Vrijeme objave: 15. maj 2025.