Στην ακριβή και πολύπλοκη διαδικασία κατασκευής ημιαγωγών συσκευασίας πλακιδίων, η θερμική καταπόνηση είναι σαν ένας «καταστροφέας» κρυμμένος στο σκοτάδι, απειλώντας συνεχώς την ποιότητα της συσκευασίας και την απόδοση των τσιπ. Από τη διαφορά στους συντελεστές θερμικής διαστολής μεταξύ των τσιπ και των υλικών συσκευασίας έως τις δραστικές αλλαγές θερμοκρασίας κατά τη διάρκεια της διαδικασίας συσκευασίας, οι οδοί δημιουργίας θερμικής καταπόνησης είναι ποικίλες, αλλά όλες υποδεικνύουν το αποτέλεσμα της μείωσης του ρυθμού απόδοσης και της επίδρασης στη μακροπρόθεσμη αξιοπιστία των τσιπ. Η βάση από γρανίτη, με τις μοναδικές ιδιότητες του υλικού της, γίνεται αθόρυβα ένας ισχυρός «βοηθός» στην αντιμετώπιση του προβλήματος της θερμικής καταπόνησης.
Το δίλημμα θερμικής καταπόνησης στη συσκευασία πλακιδίων
Η συσκευασία σε πλακίδια περιλαμβάνει τη συνεργασία πολλών υλικών. Τα τσιπ συνήθως αποτελούνται από ημιαγωγικά υλικά όπως το πυρίτιο, ενώ τα υλικά συσκευασίας όπως τα πλαστικά υλικά συσκευασίας και τα υποστρώματα ποικίλλουν σε ποιότητα. Όταν η θερμοκρασία αλλάζει κατά τη διάρκεια της διαδικασίας συσκευασίας, τα διαφορετικά υλικά ποικίλλουν σημαντικά στον βαθμό θερμικής διαστολής και συστολής λόγω σημαντικών διαφορών στον συντελεστή θερμικής διαστολής (CTE). Για παράδειγμα, ο συντελεστής θερμικής διαστολής των τσιπ πυριτίου είναι περίπου 2,6×10⁻⁶/℃, ενώ ο συντελεστής θερμικής διαστολής των κοινών υλικών χύτευσης εποξειδικής ρητίνης φτάνει τους 15-20 ×10⁻⁶/℃. Αυτό το τεράστιο κενό προκαλεί ασύγχρονη συρρίκνωση του τσιπ και του υλικού συσκευασίας κατά το στάδιο ψύξης μετά τη συσκευασία, δημιουργώντας ισχυρή θερμική τάση στη διεπαφή μεταξύ των δύο. Υπό τη συνεχή επίδραση της θερμικής τάσης, το πλακίδιο μπορεί να παραμορφωθεί και να παραμορφωθεί. Σε σοβαρές περιπτώσεις, μπορεί ακόμη και να προκαλέσει θανατηφόρα ελαττώματα, όπως ρωγμές στα τσιπ, θραύσεις στις κολλήσεις και αποκόλληση της διεπαφής, με αποτέλεσμα τη ζημιά στην ηλεκτρική απόδοση του τσιπ και τη σημαντική μείωση της διάρκειας ζωής του. Σύμφωνα με τα στατιστικά στοιχεία του κλάδου, το ποσοστό ελαττωματικών συσκευασιών πλακιδίων που προκαλείται από προβλήματα θερμικής καταπόνησης μπορεί να φτάσει το 10% έως 15%, γεγονός που αποτελεί βασικό παράγοντα που περιορίζει την αποτελεσματική και υψηλής ποιότητας ανάπτυξη της βιομηχανίας ημιαγωγών.
Τα χαρακτηριστικά πλεονεκτήματα των βάσεων γρανίτη
Χαμηλός συντελεστής θερμικής διαστολής: Ο γρανίτης αποτελείται κυρίως από ορυκτούς κρυστάλλους όπως χαλαζία και άστριο, και ο συντελεστής θερμικής διαστολής του είναι εξαιρετικά χαμηλός, κυμαινόμενος γενικά από 0,6 έως 5×10⁻⁶/℃, που είναι πιο κοντά σε αυτόν των τσιπ πυριτίου. Αυτό το χαρακτηριστικό επιτρέπει κατά τη λειτουργία του εξοπλισμού συσκευασίας πλακιδίων, ακόμη και όταν αντιμετωπίζονται διακυμάνσεις θερμοκρασίας, η διαφορά στη θερμική διαστολή μεταξύ της βάσης γρανίτη και του τσιπ και των υλικών συσκευασίας να μειώνεται σημαντικά. Για παράδειγμα, όταν η θερμοκρασία αλλάζει κατά 10℃, η διακύμανση μεγέθους της πλατφόρμας συσκευασίας που είναι κατασκευασμένη στη βάση γρανίτη μπορεί να μειωθεί κατά περισσότερο από 80% σε σύγκριση με την παραδοσιακή μεταλλική βάση, γεγονός που μετριάζει σημαντικά την θερμική καταπόνηση που προκαλείται από την ασύγχρονη θερμική διαστολή και συστολή και παρέχει ένα πιο σταθερό περιβάλλον στήριξης για το πλακίδιο.
Εξαιρετική θερμική σταθερότητα: Ο γρανίτης έχει εξαιρετική θερμική σταθερότητα. Η εσωτερική του δομή είναι πυκνή και οι κρύσταλλοι συνδέονται στενά μέσω ιοντικών και ομοιοπολικών δεσμών, επιτρέποντας αργή αγωγιμότητα θερμότητας στο εσωτερικό του. Όταν ο εξοπλισμός συσκευασίας υφίσταται πολύπλοκους κύκλους θερμοκρασίας, η βάση γρανίτη μπορεί να καταστείλει αποτελεσματικά την επίδραση των αλλαγών θερμοκρασίας στον εαυτό της και να διατηρήσει ένα σταθερό πεδίο θερμοκρασίας. Σχετικά πειράματα δείχνουν ότι υπό τον συνηθισμένο ρυθμό μεταβολής θερμοκρασίας του εξοπλισμού συσκευασίας (όπως ±5℃ ανά λεπτό), η απόκλιση ομοιομορφίας θερμοκρασίας επιφάνειας της βάσης γρανίτη μπορεί να ελεγχθεί εντός ±0,1℃, αποφεύγοντας το φαινόμενο της συγκέντρωσης θερμικής τάσης που προκαλείται από τοπικές διαφορές θερμοκρασίας, διασφαλίζοντας ότι η πλακέτα βρίσκεται σε ομοιόμορφο και σταθερό θερμικό περιβάλλον καθ' όλη τη διάρκεια της διαδικασίας συσκευασίας και μειώνοντας την πηγή δημιουργίας θερμικής τάσης.
Υψηλή ακαμψία και απόσβεση κραδασμών: Κατά τη λειτουργία του εξοπλισμού συσκευασίας πλακιδίων, τα μηχανικά κινούμενα μέρη στο εσωτερικό (όπως κινητήρες, συσκευές μετάδοσης κ.λπ.) θα δημιουργήσουν κραδασμούς. Εάν αυτές οι κραδασμοί μεταδοθούν στο πλακίδιο, θα εντείνουν τη ζημιά που προκαλείται από τη θερμική καταπόνηση στο πλακίδιο. Οι βάσεις γρανίτη έχουν υψηλή ακαμψία και σκληρότητα υψηλότερη από αυτή πολλών μεταλλικών υλικών, γεγονός που μπορεί να αντισταθεί αποτελεσματικά στην παρεμβολή εξωτερικών κραδασμών. Εν τω μεταξύ, η μοναδική εσωτερική δομή του προσδίδει εξαιρετική απόδοση απόσβεσης κραδασμών και του επιτρέπει να διαχέει γρήγορα την ενέργεια των κραδασμών. Τα ερευνητικά δεδομένα δείχνουν ότι η βάση γρανίτη μπορεί να μειώσει τους κραδασμούς υψηλής συχνότητας (100-1000Hz) που παράγονται από τη λειτουργία του εξοπλισμού συσκευασίας κατά 60% έως 80%, μειώνοντας σημαντικά το φαινόμενο σύζευξης των κραδασμών και της θερμικής καταπόνησης και διασφαλίζοντας περαιτέρω την υψηλή ακρίβεια και την υψηλή αξιοπιστία της συσκευασίας πλακιδίων.
Πρακτικό αποτέλεσμα εφαρμογής
Στη γραμμή παραγωγής συσκευασίας πλακιδίων μιας γνωστής επιχείρησης κατασκευής ημιαγωγών, μετά την εισαγωγή εξοπλισμού συσκευασίας με βάσεις γρανίτη, έχουν σημειωθεί αξιοσημείωτα επιτεύγματα. Με βάση την ανάλυση των δεδομένων επιθεώρησης 10.000 πλακιδίων μετά τη συσκευασία, πριν από την υιοθέτηση της βάσης γρανίτη, το ποσοστό ελαττωμάτων στρέβλωσης πλακιδίων που προκαλείται από θερμική καταπόνηση ήταν 12%. Ωστόσο, μετά τη μετάβαση στη βάση γρανίτη, το ποσοστό ελαττωμάτων μειώθηκε απότομα στο 3% και το ποσοστό απόδοσης βελτιώθηκε σημαντικά. Επιπλέον, οι δοκιμές μακροπρόθεσμης αξιοπιστίας έδειξαν ότι μετά από 1.000 κύκλους υψηλής θερμοκρασίας (125℃) και χαμηλής θερμοκρασίας (-55℃), ο αριθμός των βλαβών στις αρθρώσεις συγκόλλησης του τσιπ που βασίζεται στη συσκευασία βάσης γρανίτη έχει μειωθεί κατά 70% σε σύγκριση με το παραδοσιακό πακέτο βάσης και η σταθερότητα απόδοσης του τσιπ έχει βελτιωθεί σημαντικά.
Καθώς η τεχνολογία ημιαγωγών συνεχίζει να εξελίσσεται προς υψηλότερη ακρίβεια και μικρότερο μέγεθος, οι απαιτήσεις για τον έλεγχο της θερμικής καταπόνησης στις συσκευασίες πλακιδίων γίνονται ολοένα και πιο αυστηρές. Οι βάσεις γρανίτη, με τα συνολικά πλεονεκτήματά τους στον χαμηλό συντελεστή θερμικής διαστολής, τη θερμική σταθερότητα και τη μείωση των κραδασμών, έχουν γίνει βασική επιλογή για τη βελτίωση της ποιότητας των συσκευασιών πλακιδίων και τη μείωση των επιπτώσεων της θερμικής καταπόνησης. Παίζουν ολοένα και πιο σημαντικό ρόλο στη διασφάλιση της βιώσιμης ανάπτυξης της βιομηχανίας ημιαγωγών.
Ώρα δημοσίευσης: 15 Μαΐου 2025