Precīzā un sarežģītajā pusvadītāju ražošanas procesā, kurā tiek ražots vafeļu iepakojums, termiskais spriegums ir kā "iznīcinātājs", kas paslēpts tumsā un pastāvīgi apdraud iepakojuma kvalitāti un mikroshēmu veiktspēju. Sākot ar mikroshēmu un iepakojuma materiālu termiskās izplešanās koeficientu atšķirībām un beidzot ar krasām temperatūras izmaiņām iepakošanas procesā, termiskā sprieguma rašanās ceļi ir dažādi, taču visi norāda uz ražas samazināšanos un mikroshēmu ilgtermiņa uzticamības ietekmi. Granīta pamatne ar savām unikālajām materiāla īpašībām nemanāmi kļūst par spēcīgu "palīgu" termiskā sprieguma problēmas risināšanā.
Termiskā sprieguma dilemma vafeļu iepakojumā
Plākšņu iepakošana ietver daudzu materiālu sadarbību. Mikroshēmas parasti sastāv no pusvadītāju materiāliem, piemēram, silīcija, savukārt iepakojuma materiāli, piemēram, plastmasas iepakojuma materiāli un substrāti, atšķiras pēc kvalitātes. Kad iepakošanas procesa laikā mainās temperatūra, dažādu materiālu termiskās izplešanās un saraušanās pakāpe ievērojami atšķiras, jo to termiskās izplešanās koeficients (CTE) ievērojami atšķiras. Piemēram, silīcija mikroshēmu termiskās izplešanās koeficients ir aptuveni 2,6 × 10⁻⁶/℃, savukārt parasto epoksīdsveķu formēšanas materiālu termiskās izplešanās koeficients ir pat 15–20 × 10⁻⁶/℃. Šī milzīgā atstarpe izraisa mikroshēmas un iepakojuma materiāla asinhronu saraušanās pakāpi dzesēšanas posmā pēc iepakošanas, radot spēcīgu termisko spriegumu saskarnē starp abiem. Nepārtrauktas termiskās slodzes ietekmē plāksne var deformēties un deformēties. Smagos gadījumos tas var izraisīt pat letālus defektus, piemēram, mikroshēmas plaisas, lodējuma savienojumu lūzumus un saskarnes delamināciju, kā rezultātā tiek bojāta mikroshēmas elektriskā veiktspēja un ievērojami samazināts tās kalpošanas laiks. Saskaņā ar nozares statistiku, termiskās spriedzes problēmu izraisīto vafeļu iepakojuma defektu līmenis var sasniegt pat 10–15%, kas kļūst par galveno faktoru, kas ierobežo pusvadītāju nozares efektīvu un kvalitatīvu attīstību.
Granīta pamatņu raksturīgās priekšrocības
Zems termiskās izplešanās koeficients: Granīts galvenokārt sastāv no minerālu kristāliem, piemēram, kvarca un laukšpata, un tā termiskās izplešanās koeficients ir ārkārtīgi zems, parasti no 0,6 līdz 5 × 10⁻⁶/℃, kas ir tuvāks silīcija mikroshēmu koeficientam. Šī īpašība ļauj vafeļu iepakošanas iekārtu darbības laikā, pat temperatūras svārstību gadījumā, ievērojami samazināt termiskās izplešanās atšķirību starp granīta pamatni un mikroshēmas un iepakojuma materiāliem. Piemēram, mainoties temperatūrai par 10℃, uz granīta pamatnes uzbūvētās iepakošanas platformas izmēru variācijas var samazināt par vairāk nekā 80% salīdzinājumā ar tradicionālo metāla pamatni, kas ievērojami mazina asinhronās termiskās izplešanās un saraušanās radīto termisko spriegumu un nodrošina stabilāku atbalsta vidi vafelei.
Lieliska termiskā stabilitāte: Granītam ir izcila termiskā stabilitāte. Tā iekšējā struktūra ir blīva, un kristāli ir cieši saistīti ar jonu un kovalentām saitēm, kas nodrošina lēnu siltuma vadīšanu iekšpusē. Kad iepakošanas iekārta piedzīvo sarežģītus temperatūras ciklus, granīta pamatne var efektīvi nomākt temperatūras izmaiņu ietekmi uz sevi un uzturēt stabilu temperatūras lauku. Attiecīgie eksperimenti liecina, ka, ievērojot iepakošanas iekārtu parasto temperatūras izmaiņu ātrumu (piemēram, ±5 ℃ minūtē), granīta pamatnes virsmas temperatūras vienmērīguma novirzi var kontrolēt ±0,1 ℃ robežās, izvairoties no termiskā sprieguma koncentrācijas parādības, ko izraisa lokālas temperatūras atšķirības, nodrošinot, ka plāksne visā iepakošanas procesā atrodas vienmērīgā un stabilā termiskā vidē, un samazinot termiskā sprieguma rašanās avotu.
Augsta stingrība un vibrāciju slāpēšana: Vafeļu iepakošanas iekārtu darbības laikā iekšpusē esošās mehāniskās kustīgās daļas (piemēram, motori, transmisijas ierīces utt.) radīs vibrācijas. Ja šīs vibrācijas tiek pārnestas uz vafeļu, tās pastiprinās termiskā sprieguma radītos bojājumus vafelei. Granīta pamatnēm ir augsta stingrība un cietība, kas ir augstāka nekā daudziem metāla materiāliem, kas var efektīvi pretoties ārējo vibrāciju traucējumiem. Tikmēr tās unikālā iekšējā struktūra nodrošina izcilu vibrāciju slāpēšanas veiktspēju un ļauj ātri izkliedēt vibrācijas enerģiju. Pētījumu dati liecina, ka granīta pamatne var samazināt iepakošanas iekārtu darbības radīto augstfrekvences vibrāciju (100–1000 Hz) par 60–80%, ievērojami samazinot vibrācijas un termiskā sprieguma savienojuma efektu un vēl vairāk nodrošinot vafeļu iepakošanas augstu precizitāti un uzticamību.
Praktiskā pielietojuma efekts
Pazīstama pusvadītāju ražošanas uzņēmuma plākšņu iepakošanas līnijā pēc iepakošanas iekārtu ieviešanas ar granīta pamatni ir sasniegti ievērojami sasniegumi. Pamatojoties uz 10 000 plākšņu pārbaudes datu analīzi pēc iepakošanas, pirms granīta pamatnes ieviešanas, termiskā sprieguma izraisītais plākšņu deformācijas defektu līmenis bija 12 %. Tomēr pēc pārejas uz granīta pamatni defektu līmenis strauji samazinājās līdz 3 % robežās, un ražas rādītājs ievērojami uzlabojās. Turklāt ilgtermiņa uzticamības testi ir parādījuši, ka pēc 1000 augstas temperatūras (125 °C) un zemas temperatūras (-55 °C) cikliem granīta pamatnes iepakojuma mikroshēmas lodējuma savienojumu atteices skaits ir samazinājies par 70 % salīdzinājumā ar tradicionālo pamatnes iepakojumu, un mikroshēmas veiktspējas stabilitāte ir ievērojami uzlabojusies.
Tā kā pusvadītāju tehnoloģija turpina attīstīties, virzoties uz lielāku precizitāti un mazākiem izmēriem, prasības termiskā sprieguma kontrolei vafeļu iepakojumā kļūst arvien stingrākas. Granīta pamatnes, pateicoties to visaptverošajām priekšrocībām zemā termiskās izplešanās koeficienta, termiskās stabilitātes un vibrācijas samazināšanas jomā, ir kļuvušas par galveno izvēli vafeļu iepakojuma kvalitātes uzlabošanai un termiskā sprieguma ietekmes samazināšanai. Tām ir arvien svarīgāka loma pusvadītāju nozares ilgtspējīgas attīstības nodrošināšanā.
Publicēšanas laiks: 2025. gada 15. maijs