În procesul precis și complex de fabricare a semiconductorilor pentru ambalarea plachetelor, stresul termic este ca un „distrugător” ascuns în întuneric, amenințând constant calitatea ambalajului și performanța cipurilor. De la diferența de coeficienți de dilatare termică dintre cipuri și materialele de ambalare până la schimbările drastice de temperatură din timpul procesului de ambalare, căile de generare a stresului termic sunt diverse, dar toate indică rezultatul reducerii ratei de randament și afectării fiabilității pe termen lung a cipurilor. Baza de granit, cu proprietățile sale unice de material, devine în liniște un „asistent” puternic în rezolvarea problemei stresului termic.
Dilema stresului termic în ambalarea napolitanelor
Ambalarea sub formă de wafer implică colaborarea a numeroase materiale. Cipurile sunt de obicei compuse din materiale semiconductoare, cum ar fi siliciul, în timp ce materialele de ambalare, precum materialele de ambalare din plastic și substraturile, variază în calitate. Atunci când temperatura se schimbă în timpul procesului de ambalare, diferitele materiale variază foarte mult în ceea ce privește gradul de dilatare și contracție termică, datorită diferențelor semnificative în coeficientul de dilatare termică (CTE). De exemplu, coeficientul de dilatare termică al cipurilor de siliciu este de aproximativ 2,6×10⁻⁶/℃, în timp ce coeficientul de dilatare termică al materialelor comune de turnare din rășină epoxidică este de până la 15-20 ×10⁻⁶/℃. Această diferență uriașă face ca gradul de contracție al cipului și al materialului de ambalare să fie asincron în timpul etapei de răcire după ambalare, generând o tensiune termică puternică la interfața dintre cele două. Sub efectul continuu al stresului termic, waferul se poate deforma și deforma. În cazuri grave, poate provoca chiar defecte fatale, cum ar fi fisuri ale cipului, fracturi ale îmbinărilor de lipire și delaminarea interfeței, rezultând deteriorarea performanței electrice a cipului și o reducere semnificativă a duratei sale de viață. Conform statisticilor din industrie, rata defectivă a ambalajelor pentru napolitane cauzată de probleme de stres termic poate ajunge până la 10% până la 15%, devenind un factor cheie care restricționează dezvoltarea eficientă și de înaltă calitate a industriei semiconductorilor.
Avantajele caracteristice ale bazelor de granit
Coeficient scăzut de dilatare termică: Granitul este compus în principal din cristale minerale precum cuarțul și feldspatul, iar coeficientul său de dilatare termică este extrem de scăzut, variind în general între 0,6 și 5×10⁻⁶/℃, ceea ce este mai apropiat de cel al cipurilor de siliciu. Această caracteristică permite ca, în timpul funcționării echipamentelor de ambalare a napolitanelor, chiar și în cazul fluctuațiilor de temperatură, diferența de dilatare termică dintre baza de granit și materialele de cip și ambalare să fie redusă semnificativ. De exemplu, atunci când temperatura se modifică cu 10℃, variația dimensiunii platformei de ambalare construite pe baza de granit poate fi redusă cu peste 80% în comparație cu baza metalică tradițională, ceea ce atenuează considerabil stresul termic cauzat de dilatarea și contracția termică asincronă și oferă un mediu de susținere mai stabil pentru napolitană.
Stabilitate termică excelentă: Granitul are o stabilitate termică remarcabilă. Structura sa internă este densă, iar cristalele sunt strâns legate prin legături ionice și covalente, permițând o conducere lentă a căldurii în interior. Atunci când echipamentul de ambalare trece prin cicluri complexe de temperatură, baza de granit poate suprima eficient influența schimbărilor de temperatură asupra sa și poate menține un câmp de temperatură stabil. Experimentele relevante arată că, în condițiile unei rate obișnuite de schimbare a temperaturii echipamentelor de ambalare (cum ar fi ±5 ℃ pe minut), abaterea uniformității temperaturii de suprafață a bazei de granit poate fi controlată în limita a ±0,1 ℃, evitând fenomenul de concentrare a stresului termic cauzat de diferențele locale de temperatură, asigurând că napolitanul se află într-un mediu termic uniform și stabil pe tot parcursul procesului de ambalare și reducând sursa generării de stres termic.
Rigiditate ridicată și amortizare a vibrațiilor: În timpul funcționării echipamentelor de ambalare a plachetelor, piesele mecanice mobile din interior (cum ar fi motoarele, dispozitivele de transmisie etc.) vor genera vibrații. Dacă aceste vibrații sunt transmise plachetei, acestea vor intensifica daunele cauzate de stresul termic asupra plachetei. Bazele de granit au o rigiditate ridicată și o duritate mai mare decât cea a multor materiale metalice, putând rezista eficient interferențelor vibrațiilor externe. Totodată, structura sa internă unică îi conferă o performanță excelentă de amortizare a vibrațiilor și îi permite să disipeze rapid energia vibrațiilor. Datele cercetărilor arată că baza de granit poate reduce vibrațiile de înaltă frecvență (100-1000Hz) generate de funcționarea echipamentelor de ambalare cu 60% până la 80%, reducând semnificativ efectul de cuplare al vibrațiilor și stresului termic și asigurând în continuare precizia ridicată și fiabilitatea ridicată a ambalării plachetelor.
Efectul aplicării practice
În linia de producție a ambalajelor de napolitane a unei renumite întreprinderi producătoare de semiconductori, după introducerea echipamentelor de ambalare cu bază de granit, s-au obținut realizări remarcabile. Pe baza analizei datelor de inspecție a 10.000 de napolitane după ambalare, înainte de adoptarea bazei de granit, rata defectelor de deformare a napolitanelor cauzate de stresul termic era de 12%. Cu toate acestea, după trecerea la baza de granit, rata defectelor a scăzut brusc, la o marjă de 3%, iar rata de randament s-a îmbunătățit semnificativ. În plus, testele de fiabilitate pe termen lung au arătat că, după 1.000 de cicluri de temperatură ridicată (125℃) și temperatură scăzută (-55℃), numărul de defecțiuni ale îmbinărilor de lipire ale cipului bazat pe încapsularea de bază de granit a fost redus cu 70% în comparație cu încapsularea de bază tradițională, iar stabilitatea performanței cipului a fost îmbunătățită considerabil.
Pe măsură ce tehnologia semiconductorilor continuă să avanseze către o precizie mai mare și dimensiuni mai mici, cerințele privind controlul stresului termic în ambalarea napolitanelor devin din ce în ce mai stricte. Bazele de granit, cu avantajele lor complete în ceea ce privește coeficientul de dilatare termică scăzut, stabilitatea termică și reducerea vibrațiilor, au devenit o alegere cheie pentru îmbunătățirea calității ambalajelor napolitane și reducerea impactului stresului termic. Acestea joacă un rol din ce în ce mai important în asigurarea dezvoltării durabile a industriei semiconductorilor.
Data publicării: 15 mai 2025