Kiipide pakendite täpses ja keerulises pooljuhtide tootmisprotsessis on termiline pinge nagu pimedas peidus olev "hävitaja", mis pidevalt ohustab pakendi kvaliteeti ja kiipide jõudlust. Alates kiipide ja pakkematerjalide soojuspaisumistegurite erinevusest kuni drastiliste temperatuurimuutusteni pakendamisprotsessi ajal on termilise pinge tekkimise teed mitmekesised, kuid kõik viitavad saagikuse vähenemisele ja kiipide pikaajalise töökindluse mõjutamisele. Graniidist alus oma ainulaadsete materjaliomadustega on vaikselt saamas võimas "abiline" termilise pinge probleemi lahendamisel.
Vahvlipakendi termilise pinge dilemma
Kiipide pakendamine hõlmab paljude materjalide koostööd. Kiibid koosnevad tavaliselt pooljuhtmaterjalidest, näiteks ränist, samas kui pakkematerjalid, nagu plastpakendid ja aluspinnad, on kvaliteedi poolest erinevad. Kui temperatuur pakendamisprotsessi ajal muutub, on erinevate materjalide soojuspaisumise ja kokkutõmbumise aste väga erinev, kuna soojuspaisumisteguri (CTE) väärtus on oluliselt erinev. Näiteks ränikiibide soojuspaisumistegur on ligikaudu 2,6 × 10⁻⁶/℃, samas kui tavaliste epoksüvaigust vormimismaterjalide soojuspaisumistegur on koguni 15–20 × 10⁻⁶/℃. See suur vahe põhjustab kiibi ja pakkematerjali kokkutõmbumise asünkroonse astme pärast pakendamist jahutamise etapis, tekitades nende kahe vahelises liideses tugeva termilise pinge. Pideva termilise pinge mõjul võib kiip deformeeruda ja deformeeruda. Rasketel juhtudel võib see põhjustada isegi surmavaid defekte, nagu kiibi praod, jooteühenduste praod ja liidese delaminatsioon, mis kahjustab kiibi elektrilist jõudlust ja lühendab oluliselt selle kasutusiga. Tööstusstatistika kohaselt võib termilise pinge probleemidest tingitud vahvlipakendi defektide määr ulatuda 10–15% -ni, mis on pooljuhtide tööstuse tõhusa ja kvaliteetse arengu piirav peamine tegur.
Graniitaluste iseloomulikud eelised
Madal soojuspaisumistegur: Graniit koosneb peamiselt mineraalkristallidest, nagu kvarts ja päevakivi, ning selle soojuspaisumistegur on äärmiselt madal, jäädes üldiselt vahemikku 0,6–5 × 10⁻⁶/℃, mis on lähemal ränikiipide omale. See omadus võimaldab vahvlite pakkimisseadmete töötamise ajal isegi temperatuurikõikumiste korral oluliselt vähendada graniidist aluse ja kiibi ning pakkematerjalide soojuspaisumise erinevust. Näiteks kui temperatuur muutub 10℃ võrra, saab graniidist alusele ehitatud pakkeplatvormi suuruse varieeruvust vähendada traditsioonilise metallalusega võrreldes enam kui 80%, mis leevendab oluliselt asünkroonse soojuspaisumise ja -kokkutõmbumise põhjustatud termilist pinget ning pakub vahvlile stabiilsemat tugikeskkonda.
Suurepärane termiline stabiilsus: Graniidil on suurepärane termiline stabiilsus. Selle sisemine struktuur on tihe ja kristallid on tihedalt seotud ioonsete ja kovalentsete sidemetega, mis võimaldab aeglast soojusjuhtivust. Kui pakendamisseadmed läbivad keerulisi temperatuuritsükleid, suudab graniidist alusplaat tõhusalt summutada temperatuurimuutuste mõju endale ja säilitada stabiilse temperatuurivälja. Asjakohased katsed näitavad, et pakendamisseadmete tavapärase temperatuurimuutuse kiiruse korral (näiteks ±5 ℃ minutis) saab graniidist aluse pinnatemperatuuri ühtluse hälvet kontrollida ±0,1 ℃ piires, vältides kohalike temperatuurierinevuste põhjustatud termilise pinge kontsentratsiooni nähtust, tagades, et vahvel on kogu pakendamisprotsessi vältel ühtlases ja stabiilses termilises keskkonnas ning vähendades termilise pinge tekkimise allikat.
Suur jäikus ja vibratsioonisummutus: Kiipide pakkimisseadmete töötamise ajal tekitavad sees olevad mehaanilised liikuvad osad (nt mootorid, ülekandeseadmed jne) vibratsiooni. Kui need vibratsioonid kanduvad kiibile, süvendavad need kiibi termilise pinge tekitatud kahjustusi. Graniidist aluspinnal on suur jäikus ja kõvadus, mis on suurem kui paljudel metallmaterjalidel, mistõttu see suudab tõhusalt vastu pidada väliste vibratsioonide häiretele. Samal ajal annab selle ainulaadne sisemine struktuur suurepärase vibratsioonisummutusvõime ja võimaldab vibratsioonienergiat kiiresti hajutada. Uuringud näitavad, et graniidist aluspind suudab vähendada pakendamisseadmete töötamisel tekkivat kõrgsageduslikku vibratsiooni (100–1000 Hz) 60–80% võrra, vähendades oluliselt vibratsiooni ja termilise pinge sidestusmõju ning tagades veelgi kiipide pakkimise suure täpsuse ja töökindluse.
Praktilise rakenduse mõju
Tuntud pooljuhtide tootmisettevõtte kiipide pakkimisliinil on pärast graniitpõhjaga pakendamisseadmete kasutuselevõttu saavutatud märkimisväärseid edusamme. 10 000 kiibi pakendamisjärgsete kontrollandmete analüüsi põhjal oli enne graniitpõhjale üleminekut kiibi termilise pinge tõttu tekkinud deformatsiooni defektimäär 12%. Pärast graniitpõhjale üleminekut langes defektimäär järsult 3% piiresse ja saagikuse määr paranes oluliselt. Lisaks on pikaajalised töökindluse testid näidanud, et pärast 1000 kõrge temperatuuri (125 ℃) ja madala temperatuuri (-55 ℃) tsüklit on graniitpõhjaga kiibi jooteühenduste rikete arv võrreldes traditsioonilise kiibiga vähenenud 70% ning kiibi jõudluse stabiilsus on oluliselt paranenud.
Kuna pooljuhtide tehnoloogia areneb jätkuvalt suurema täpsuse ja väiksemate mõõtmete suunas, muutuvad kiipide pakendamise termilise pinge kontrolli nõuded üha rangemaks. Graniitalused, millel on laialdased eelised madala soojuspaisumisteguri, termilise stabiilsuse ja vibratsiooni vähendamise näol, on muutunud peamiseks valikuks kiipide pakendamise kvaliteedi parandamiseks ja termilise pinge mõju vähendamiseks. Neil on üha olulisem roll pooljuhtide tööstuse jätkusuutliku arengu tagamisel.
Postituse aeg: 15. mai 2025