Sa tumpak at masalimuot na proseso ng paggawa ng semiconductor ng wafer packaging, ang thermal stress ay parang isang "destroyer" na nakatago sa dilim, na patuloy na nagbabanta sa kalidad ng packaging at sa performance ng mga chips. Mula sa pagkakaiba ng thermal expansion coefficients sa pagitan ng mga chips at packaging materials hanggang sa matinding pagbabago ng temperatura habang nasa proseso ng packaging, ang mga generation pathways ng thermal stress ay magkakaiba, ngunit lahat ay tumutukoy sa resulta ng pagbawas ng yield rate at pag-apekto sa pangmatagalang reliability ng mga chips. Ang granite base, kasama ang mga natatanging katangian ng materyal nito, ay tahimik na nagiging isang makapangyarihang "assistant" sa pagharap sa problema ng thermal stress.
Ang problema sa thermal stress sa packaging ng wafer
Ang wafer packaging ay kinabibilangan ng kolaboratibong gawain ng maraming materyales. Ang mga chips ay karaniwang binubuo ng mga materyales na semiconductor tulad ng silicon, habang ang mga materyales sa packaging tulad ng mga plastik na materyales at substrate ay iba-iba ang kalidad. Kapag nagbabago ang temperatura habang isinasagawa ang packaging, ang iba't ibang materyales ay lubhang nag-iiba sa antas ng thermal expansion at contraction dahil sa mga makabuluhang pagkakaiba sa coefficient of thermal expansion (CTE). Halimbawa, ang coefficient of thermal expansion ng mga silicon chips ay humigit-kumulang 2.6×10⁻⁶/℃, habang ang coefficient of thermal expansion ng mga karaniwang materyales sa paghubog ng epoxy resin ay kasing taas ng 15-20 ×10⁻⁶/℃. Ang malaking agwat na ito ay nagiging sanhi ng antas ng pag-urong ng chip at ng materyal sa packaging na maging asynchronous sa panahon ng paglamig pagkatapos ng packaging, na lumilikha ng isang malakas na thermal stress sa interface sa pagitan ng dalawa. Sa ilalim ng patuloy na epekto ng thermal stress, ang wafer ay maaaring mag-warp at mag-deform. Sa mga malalang kaso, maaari pa itong magdulot ng mga nakamamatay na depekto tulad ng mga bitak ng chip, bali ng solder joint, at delamination ng interface, na nagreresulta sa pinsala sa electrical performance ng chip at isang makabuluhang pagbawas sa buhay ng serbisyo nito. Ayon sa mga estadistika ng industriya, ang depektibong antas ng wafer packaging na dulot ng mga isyu sa thermal stress ay maaaring umabot ng 10% hanggang 15%, na nagiging isang mahalagang salik na pumipigil sa mahusay at mataas na kalidad na pag-unlad ng industriya ng semiconductor.
Mga katangiang bentahe ng mga base ng granite
Mababang koepisyent ng thermal expansion: Ang granite ay pangunahing binubuo ng mga kristal na mineral tulad ng quartz at feldspar, at ang koepisyent ng thermal expansion nito ay napakababa, karaniwang mula 0.6 hanggang 5×10⁻⁶/℃, na mas malapit sa mga silicon chip. Ang katangiang ito ay nagbibigay-daan na sa panahon ng pagpapatakbo ng kagamitan sa pag-iimpake ng wafer, kahit na nakakaranas ng mga pagbabago-bago ng temperatura, ang pagkakaiba sa thermal expansion sa pagitan ng granite base at ng chip at mga materyales sa pag-iimpake ay makabuluhang nababawasan. Halimbawa, kapag ang temperatura ay nagbago ng 10℃, ang pagkakaiba-iba ng laki ng platform ng pag-iimpake na itinayo sa granite base ay maaaring mabawasan ng higit sa 80% kumpara sa tradisyonal na metal base, na lubos na nagpapagaan sa thermal stress na dulot ng asynchronous thermal expansion at contraction, at nagbibigay ng mas matatag na kapaligiran ng suporta para sa wafer.
Napakahusay na thermal stability: Ang granite ay may natatanging thermal stability. Ang panloob na istraktura nito ay siksik, at ang mga kristal ay malapit na nakagapos sa pamamagitan ng ionic at covalent bond, na nagpapahintulot sa mabagal na pagdaloy ng init sa loob. Kapag ang kagamitan sa packaging ay sumasailalim sa mga kumplikadong siklo ng temperatura, ang base ng granite ay epektibong nakakapigil sa impluwensya ng mga pagbabago sa temperatura sa sarili nito at nagpapanatili ng isang matatag na field ng temperatura. Ipinapakita ng mga kaugnay na eksperimento na sa ilalim ng karaniwang rate ng pagbabago ng temperatura ng kagamitan sa packaging (tulad ng ±5℃ bawat minuto), ang paglihis ng uniformity ng temperatura sa ibabaw ng base ng granite ay maaaring kontrolin sa loob ng ±0.1℃, na iniiwasan ang penomeno ng konsentrasyon ng thermal stress na dulot ng mga lokal na pagkakaiba sa temperatura, na tinitiyak na ang wafer ay nasa isang pare-pareho at matatag na thermal environment sa buong proseso ng packaging, at binabawasan ang pinagmumulan ng thermal stress generation.
Mataas na tigas at damping ng panginginig: Sa panahon ng pagpapatakbo ng kagamitan sa pag-iimpake ng wafer, ang mga mekanikal na gumagalaw na bahagi sa loob (tulad ng mga motor, mga aparato ng transmisyon, atbp.) ay bubuo ng mga panginginig. Kung ang mga panginginig na ito ay ipinapadala sa wafer, palalakasin nito ang pinsalang dulot ng thermal stress sa wafer. Ang mga base ng granite ay may mataas na tigas at mas mataas na tigas kaysa sa maraming materyales na metal, na epektibong kayang labanan ang interference ng mga panlabas na panginginig. Samantala, ang natatanging panloob na istraktura nito ay nagbibigay dito ng mahusay na pagganap sa damping ng panginginig at nagbibigay-daan dito na mabilis na mawala ang enerhiya ng panginginig. Ipinapakita ng datos ng pananaliksik na ang base ng granite ay maaaring mabawasan ang high-frequency na panginginig (100-1000Hz) na nabuo ng pagpapatakbo ng kagamitan sa pag-iimpake ng 60% hanggang 80%, na makabuluhang binabawasan ang epekto ng pagkabit ng panginginig at thermal stress, at higit pang tinitiyak ang mataas na katumpakan at mataas na pagiging maaasahan ng pag-iimpake ng wafer.
Epekto ng praktikal na aplikasyon
Sa linya ng produksyon ng wafer packaging ng isang kilalang kumpanya sa pagmamanupaktura ng semiconductor, matapos ipakilala ang mga kagamitan sa packaging na may granite bases, nakamit ang mga kahanga-hangang tagumpay. Batay sa pagsusuri ng datos ng inspeksyon ng 10,000 wafer pagkatapos ng packaging, bago gamitin ang granite base, ang depekto ng wafer warping na dulot ng thermal stress ay 12%. Gayunpaman, pagkatapos lumipat sa granite base, ang depekto ay bumaba nang husto sa loob ng 3%, at ang yield rate ay bumuti nang malaki. Bukod pa rito, ipinakita ng mga pangmatagalang pagsusuri sa pagiging maaasahan na pagkatapos ng 1,000 cycle ng mataas na temperatura (125℃) at mababang temperatura (-55℃), ang bilang ng mga pagkabigo ng solder joint ng chip batay sa granite base package ay nabawasan ng 70% kumpara sa tradisyonal na base package, at ang performance stability ng chip ay lubos na bumuti.
Habang patuloy na umuunlad ang teknolohiya ng semiconductor tungo sa mas mataas na katumpakan at mas maliit na sukat, ang mga kinakailangan para sa pagkontrol ng thermal stress sa wafer packaging ay lalong nagiging mahigpit. Ang mga granite base, na may komprehensibong bentahe sa mababang thermal expansion coefficient, thermal stability at pagbawas ng vibration, ay naging isang mahalagang pagpipilian para sa pagpapabuti ng kalidad ng wafer packaging at pagbabawas ng epekto ng thermal stress. Gumaganap ang mga ito ng lalong mahalagang papel sa pagtiyak ng napapanatiling pag-unlad ng industriya ng semiconductor.
Oras ng pag-post: Mayo-15-2025