V natančnem in kompleksnem procesu izdelave polprevodnikov za pakiranje rezin je toplotna obremenitev kot "uničevalec", skrit v temi, ki nenehno ogroža kakovost embalaže in delovanje čipov. Od razlike v koeficientih toplotnega raztezanja med čipi in embalažnimi materiali do drastičnih temperaturnih sprememb med postopkom pakiranja so poti nastajanja toplotne obremenitve različne, vendar vse kažejo na zmanjšanje izkoristka in vpliv na dolgoročno zanesljivost čipov. Granitna podlaga s svojimi edinstvenimi lastnostmi materiala tiho postaja močan "pomočnik" pri reševanju problema toplotne obremenitve.
Dilema toplotnega stresa pri pakiranju rezin
Pakiranje rezin vključuje sodelovanje številnih materialov. Čipi so običajno sestavljeni iz polprevodniških materialov, kot je silicij, medtem ko se embalažni materiali, kot so plastični embalažni materiali in substrati, razlikujejo po kakovosti. Ko se temperatura med postopkom pakiranja spremeni, se različni materiali zelo razlikujejo po stopnji toplotnega raztezanja in krčenja zaradi znatnih razlik v koeficientu toplotnega raztezanja (CTE). Na primer, koeficient toplotnega raztezanja silicijevih čipov je približno 2,6 × 10⁻⁶/℃, medtem ko je koeficient toplotnega raztezanja običajnih epoksidnih materialov za oblikovanje visok kar 15–20 × 10⁻⁶/℃. Ta ogromna vrzel povzroči, da je stopnja krčenja čipa in embalažnega materiala med fazo hlajenja po pakiranju asinhrona, kar ustvarja močno toplotno napetost na vmesniku med njima. Pod nenehnim vplivom toplotne napetosti se lahko rezina ukrivi in deformira. V hujših primerih lahko celo povzroči usodne napake, kot so razpoke čipa, zlomi spajkanih spojev in delaminacija vmesnika, kar povzroči poškodbe električnih lastnosti čipa in znatno skrajša njegovo življenjsko dobo. Glede na statistiko industrije lahko stopnja okvarjene embalaže rezin zaradi toplotnih obremenitev doseže od 10 % do 15 %, kar postane ključni dejavnik, ki omejuje učinkovit in visokokakovosten razvoj polprevodniške industrije.
Karakteristične prednosti granitnih podlag
Nizek koeficient toplotnega raztezanja: Granit je sestavljen predvsem iz mineralnih kristalov, kot sta kremen in glinenec, njegov koeficient toplotnega raztezanja pa je izjemno nizek in se običajno giblje od 0,6 do 5 × 10⁻⁶/℃, kar je bližje koeficientu silicijevih čipov. Ta lastnost omogoča, da se med delovanjem opreme za pakiranje rezin, tudi pri temperaturnih nihanjih, razlika v toplotnem raztezanju med granitno podlago ter čipom in embalažnim materialom znatno zmanjša. Na primer, ko se temperatura spremeni za 10℃, se lahko sprememba velikosti embalažne platforme, zgrajene na granitni podlagi, zmanjša za več kot 80 % v primerjavi s tradicionalno kovinsko podlago, kar močno zmanjša toplotne obremenitve, ki jih povzroča asinhrono toplotno raztezanje in krčenje, ter zagotavlja stabilnejše podporno okolje za rezino.
Odlična toplotna stabilnost: Granit ima izjemno toplotno stabilnost. Njegova notranja struktura je gosta, kristali pa so tesno povezani z ionskimi in kovalentnimi vezmi, kar omogoča počasno prevajanje toplote znotraj. Ko pakirna oprema doživlja kompleksne temperaturne cikle, lahko granitna osnova učinkovito zavira vpliv temperaturnih sprememb nase in vzdržuje stabilno temperaturno polje. Ustrezni poskusi kažejo, da je pri običajni hitrosti spremembe temperature pakirne opreme (npr. ±5 ℃ na minuto) mogoče odstopanje enakomernosti površinske temperature granitne osnove nadzorovati v območju ±0,1 ℃, s čimer se izognemo pojavu koncentracije toplotnih napetosti, ki jo povzročajo lokalne temperaturne razlike, zagotovimo, da je rezina v enakomernem in stabilnem toplotnem okolju skozi celoten postopek pakiranja ter zmanjšamo vir nastajanja toplotnih napetosti.
Visoka togost in dušenje vibracij: Med delovanjem opreme za pakiranje rezin bodo mehanski gibljivi deli v notranjosti (kot so motorji, prenosne naprave itd.) ustvarjali vibracije. Če se te vibracije prenesejo na rezino, bodo okrepile škodo, ki jo povzroči toplotna obremenitev rezine. Granitne podlage imajo visoko togost in trdoto, ki je višja od mnogih kovinskih materialov, zato se lahko učinkovito upirajo motnjam zunanjih vibracij. Hkrati jim njihova edinstvena notranja struktura zagotavlja odlično delovanje dušenja vibracij in omogoča hitro odvajanje energije vibracij. Raziskovalni podatki kažejo, da lahko granitna podlaga zmanjša visokofrekvenčne vibracije (100–1000 Hz), ki jih povzroča delovanje opreme za pakiranje, za 60 % do 80 %, kar znatno zmanjša učinek sklopitve vibracij in toplotne obremenitve ter dodatno zagotavlja visoko natančnost in visoko zanesljivost pakiranja rezin.
Praktični učinek uporabe
V proizvodni liniji za pakiranje rezin znanega podjetja za proizvodnjo polprevodnikov so bili po uvedbi opreme za pakiranje z granitnimi podstavki doseženi izjemni dosežki. Na podlagi analize podatkov pregleda 10.000 rezin po pakiranju je bila pred uporabo granitne podlage stopnja napak zaradi upogibanja rezin zaradi toplotne obremenitve 12 %. Vendar pa se je po prehodu na granitno podlago stopnja napak močno zmanjšala na znotraj 3 %, izkoristek pa se je znatno izboljšal. Poleg tega so dolgoročni testi zanesljivosti pokazali, da se je po 1000 ciklih visoke temperature (125 ℃) in nizke temperature (-55 ℃) število napak spajkanja čipa z granitnim ohišjem zmanjšalo za 70 % v primerjavi s tradicionalnim ohišjem, stabilnost delovanja čipa pa se je močno izboljšala.
Ker se polprevodniška tehnologija nenehno razvija v smeri večje natančnosti in manjših dimenzij, postajajo zahteve za nadzor toplotnih napetosti pri pakiranju rezin vse strožje. Granitne podlage so s svojimi obsežnimi prednostmi, kot so nizek koeficient toplotnega raztezanja, toplotna stabilnost in zmanjšanje vibracij, postale ključna izbira za izboljšanje kakovosti pakiranja rezin in zmanjšanje vpliva toplotnih napetosti. Igrajo vse pomembnejšo vlogo pri zagotavljanju trajnostnega razvoja polprevodniške industrije.
Čas objave: 15. maj 2025