Tiksliame ir sudėtingame puslaidininkių gamybos procese, skirtame plokštelių pakavimui, terminis įtempis yra tarsi tamsoje paslėptas „naikiklis“, nuolat keliantis grėsmę pakuotės kokybei ir lustų veikimui. Nuo lustų ir pakavimo medžiagų šiluminio plėtimosi koeficientų skirtumų iki drastiškų temperatūros pokyčių pakavimo proceso metu, terminio įtempio susidarymo keliai yra įvairūs, tačiau visi jie rodo, kad sumažėja išeiga ir įtakoja ilgalaikį lustų patikimumą. Granito pagrindas, pasižymintis unikaliomis medžiagos savybėmis, tyliai tampa galingu „pagalbininku“ sprendžiant šiluminio įtempio problemą.
Terminio įtempio dilema vaflių pakuotėse
Plokštelių pakavimas apima daugelio medžiagų bendradarbiavimą. Lustai paprastai sudaryti iš puslaidininkinių medžiagų, tokių kaip silicis, o pakavimo medžiagos, tokios kaip plastikinės pakavimo medžiagos ir pagrindai, skiriasi kokybe. Kai pakavimo proceso metu keičiasi temperatūra, skirtingų medžiagų šiluminio plėtimosi ir susitraukimo laipsnis labai skiriasi dėl didelių šiluminio plėtimosi koeficiento (CTE) skirtumų. Pavyzdžiui, silicio lustų šiluminio plėtimosi koeficientas yra maždaug 2,6 × 10⁻⁶/℃, o įprastų epoksidinių dervų liejimo medžiagų šiluminio plėtimosi koeficientas siekia net 15–20 × 10⁻⁶/℃. Dėl šio didelio skirtumo lustas ir pakavimo medžiaga aušinimo etape po pakavimo susitraukia asinchroniškai, todėl sąsajoje tarp jų susidaro stiprus terminis įtempis. Nuolat veikiant terminiam įtempiui, plokštelė gali deformuotis ir deformuotis. Sunkiais atvejais tai gali sukelti net mirtinus defektus, tokius kaip lustų įtrūkimai, litavimo jungčių lūžiai ir sąsajos atsisluoksniavimas, dėl kurių gali sumažėti lustų elektrinės charakteristikos ir gerokai sutrumpėti jų tarnavimo laikas. Remiantis pramonės statistika, dėl terminio įtempio defektinių plokštelių pakuočių rodiklis gali siekti net 10–15 %, ir tai tampa pagrindiniu veiksniu, ribojančiu efektyvią ir kokybišką puslaidininkių pramonės plėtrą.
Granito pagrindų būdingi privalumai
Mažas šiluminio plėtimosi koeficientas: granitą daugiausia sudaro mineraliniai kristalai, tokie kaip kvarcas ir feldšpatas, o jo šiluminio plėtimosi koeficientas yra itin mažas, paprastai svyruoja nuo 0,6 iki 5 × 10⁻⁶/℃, tai yra artimiau silicio lustų koeficientui. Ši savybė leidžia plokštelių pakavimo įrangai veikti, net ir esant temperatūros svyravimams, žymiai sumažinti granito pagrindo ir lustų bei pakavimo medžiagų šiluminio plėtimosi skirtumą. Pavyzdžiui, kai temperatūra pasikeičia 10 ℃, ant granito pagrindo pagamintos pakavimo platformos dydžio pokytis gali sumažėti daugiau nei 80 %, palyginti su tradiciniu metaliniu pagrindu, o tai labai sumažina asinchroninio šiluminio plėtimosi ir susitraukimo sukeltą šiluminį įtempį ir suteikia stabilesnę plokštelių atraminę aplinką.
Puikus terminis stabilumas: Granitas pasižymi išskirtiniu terminiu stabilumu. Jo vidinė struktūra yra tanki, o kristalai yra glaudžiai sujungti joninėmis ir kovalentinėmis jungtimis, todėl viduje šiluma laidesnė lėtai. Kai pakavimo įranga patiria sudėtingus temperatūros ciklus, granito pagrindas gali veiksmingai slopinti temperatūros pokyčių įtaką sau ir palaikyti stabilų temperatūros lauką. Atitinkami eksperimentai rodo, kad esant įprastam pakavimo įrangos temperatūros pokyčio greičiui (pvz., ±5 ℃ per minutę), granito pagrindo paviršiaus temperatūros vienodumo nuokrypį galima kontroliuoti ±0,1 ℃ tikslumu, išvengiant terminio įtempio koncentracijos reiškinio, kurį sukelia vietiniai temperatūros skirtumai, užtikrinant, kad plokštelė būtų vienodoje ir stabilioje terminėje aplinkoje viso pakavimo proceso metu, ir sumažinant terminio įtempio susidarymo šaltinį.
Didelis standumas ir vibracijos slopinimas: Plokštelių pakavimo įrangos veikimo metu viduje esančios mechaninės judančios dalys (pvz., varikliai, transmisijos įtaisai ir kt.) generuoja vibracijas. Jei šios vibracijos perduodamos plokštelei, jos sustiprina terminio įtempio padarytą žalą plokštelei. Granito pagrindai yra labai standūs ir kietesni nei daugelis metalinių medžiagų, todėl gali veiksmingai atsispirti išorinių vibracijų poveikiui. Tuo tarpu unikali vidinė struktūra suteikia jam puikų vibracijos slopinimo efektyvumą ir leidžia greitai išsklaidyti vibracijos energiją. Tyrimų duomenys rodo, kad granito pagrindas gali 60–80 % sumažinti pakavimo įrangos veikimo metu susidarančią aukšto dažnio vibraciją (100–1000 Hz), žymiai sumažindamas vibracijos ir terminio įtempio sąveikos efektą ir dar labiau užtikrindamas aukštą plokštelių pakavimo tikslumą ir patikimumą.
Praktinio pritaikymo poveikis
Gerai žinomos puslaidininkių gamybos įmonės plokštelių pakavimo gamybos linijoje, įdiegus pakavimo įrangą su granito pagrindais, pasiekta reikšmingų rezultatų. Remiantis 10 000 plokštelių patikrinimo duomenų analize po pakavimo, prieš pradedant naudoti granito pagrindą, plokštelių deformacijos dėl terminio įtempio defektų dažnis buvo 12 %. Tačiau perėjus prie granito pagrindo defektų dažnis smarkiai sumažėjo iki 3 %, o išeigos rodiklis žymiai pagerėjo. Be to, ilgalaikiai patikimumo bandymai parodė, kad po 1 000 aukštos temperatūros (125 ℃) ir žemos temperatūros (-55 ℃) ciklų granito pagrindo korpuso pagrindu pagaminto lusto litavimo jungčių gedimų skaičius sumažėjo 70 %, palyginti su tradiciniu korpusu, o lusto veikimo stabilumas gerokai pagerėjo.
Puslaidininkių technologijoms toliau tobulėjant siekiant didesnio tikslumo ir mažesnių matmenų, plokštelių pakuočių terminio įtempio valdymo reikalavimai tampa vis griežtesni. Granito pagrindai, pasižymintys mažu šiluminio plėtimosi koeficientu, terminiu stabilumu ir vibracijos mažinimu, tapo pagrindiniu pasirinkimu siekiant pagerinti plokštelių pakuočių kokybę ir sumažinti terminio įtempio poveikį. Jie vaidina vis svarbesnį vaidmenį užtikrinant tvarų puslaidininkių pramonės vystymąsi.
Įrašo laikas: 2025 m. gegužės 15 d.