U preciznom i složenom procesu proizvodnje poluvodiča za pakiranje pločica, toplinsko naprezanje je poput "razarača" skrivenog u mraku, koji stalno prijeti kvaliteti pakiranja i performansama čipova. Od razlike u koeficijentima toplinskog širenja između čipova i materijala za pakiranje do drastičnih promjena temperature tijekom procesa pakiranja, putovi nastanka toplinskog naprezanja su raznoliki, ali svi ukazuju na rezultat smanjenja stope prinosa i utjecaja na dugoročnu pouzdanost čipova. Granitna baza, sa svojim jedinstvenim svojstvima materijala, tiho postaje snažan "pomoćnik" u rješavanju problema toplinskog naprezanja.
Dilema toplinskog naprezanja u pakiranju pločica
Pakiranje pločica uključuje zajednički rad brojnih materijala. Čipovi se obično sastoje od poluvodičkih materijala poput silicija, dok se materijali za pakiranje poput plastičnih materijala za pakiranje i podloga razlikuju po kvaliteti. Kada se temperatura mijenja tijekom procesa pakiranja, različiti materijali uvelike se razlikuju u stupnju toplinskog širenja i skupljanja zbog značajnih razlika u koeficijentu toplinskog širenja (CTE). Na primjer, koeficijent toplinskog širenja silicijskih čipova iznosi približno 2,6 × 10⁻⁶/℃, dok je koeficijent toplinskog širenja uobičajenih materijala za oblikovanje od epoksidne smole visok i do 15-20 × 10⁻⁶/℃. Ovaj ogromni jaz uzrokuje asinkrono skupljanje čipa i materijala za pakiranje tijekom faze hlađenja nakon pakiranja, stvarajući snažno toplinsko naprezanje na granici između njih. Pod kontinuiranim utjecajem toplinskog naprezanja, pločica se može iskriviti i deformirati. U težim slučajevima može čak uzrokovati i fatalne nedostatke poput pukotina čipa, lomova lemnih spojeva i delaminacije granice, što rezultira oštećenjem električnih performansi čipa i značajnim smanjenjem njegovog vijeka trajanja. Prema statistikama industrije, stopa neispravnog pakiranja pločica uzrokovanog problemima toplinskog naprezanja može doseći i 10% do 15%, što postaje ključni čimbenik koji ograničava učinkovit i visokokvalitetan razvoj poluvodičke industrije.
Karakteristične prednosti granitnih baza
Nizak koeficijent toplinskog širenja: Granit se uglavnom sastoji od mineralnih kristala poput kvarca i feldspata, a njegov koeficijent toplinskog širenja izuzetno je nizak, općenito u rasponu od 0,6 do 5×10⁻⁶/℃, što je bliže koeficijentu silicijevih čipova. Ova karakteristika omogućuje da se tijekom rada opreme za pakiranje pločica, čak i pri temperaturnim fluktuacijama, značajno smanji razlika u toplinskom širenju između granitne baze i čipa te materijala za pakiranje. Na primjer, kada se temperatura promijeni za 10℃, varijacija veličine platforme za pakiranje izgrađene na granitnoj bazi može se smanjiti za više od 80% u usporedbi s tradicionalnom metalnom bazom, što uvelike ublažava toplinsko naprezanje uzrokovano asinkronim toplinskim širenjem i skupljanjem te pruža stabilnije okruženje za potporu pločice.
Izvrsna toplinska stabilnost: Granit ima izvanrednu toplinsku stabilnost. Njegova unutarnja struktura je gusta, a kristali su čvrsto povezani ionskim i kovalentnim vezama, što omogućuje sporo provođenje topline unutar. Kada oprema za pakiranje prolazi kroz složene temperaturne cikluse, granitna baza može učinkovito suzbiti utjecaj temperaturnih promjena na sebe i održavati stabilno temperaturno polje. Relevantni eksperimenti pokazuju da se pri uobičajenoj brzini promjene temperature opreme za pakiranje (npr. ±5 ℃ u minuti) odstupanje ujednačenosti površinske temperature granitne baze može kontrolirati unutar ±0,1 ℃, izbjegavajući fenomen koncentracije toplinskog naprezanja uzrokovan lokalnim temperaturnim razlikama, osiguravajući da je pločica u ujednačenom i stabilnom toplinskom okruženju tijekom cijelog procesa pakiranja i smanjujući izvor stvaranja toplinskog naprezanja.
Visoka krutost i prigušivanje vibracija: Tijekom rada opreme za pakiranje pločica, mehanički pokretni dijelovi unutra (poput motora, prijenosnih uređaja itd.) generirat će vibracije. Ako se te vibracije prenose na pločicu, pojačat će oštećenja uzrokovana toplinskim naprezanjem. Granitne baze imaju visoku krutost i tvrdoću veću od mnogih metalnih materijala, što im omogućuje učinkovit otpor na vanjske vibracije. U međuvremenu, njihova jedinstvena unutarnja struktura daje im izvrsne performanse prigušivanja vibracija i omogućuje im brzo raspršivanje energije vibracija. Istraživački podaci pokazuju da granitna baza može smanjiti visokofrekventne vibracije (100-1000 Hz) koje generira rad opreme za pakiranje za 60% do 80%, značajno smanjujući učinak sprege vibracija i toplinskog naprezanja te dodatno osiguravajući visoku preciznost i visoku pouzdanost pakiranja pločica.
Praktični učinak primjene
U proizvodnoj liniji za pakiranje pločica poznatog poduzeća za proizvodnju poluvodiča, nakon uvođenja opreme za pakiranje s granitnim bazama, postignuti su izvanredni uspjesi. Na temelju analize podataka inspekcije 10.000 pločica nakon pakiranja, prije usvajanja granitne baze, stopa defekata uzrokovanih toplinskim naprezanjem iznosila je 12%. Međutim, nakon prelaska na granitnu bazu, stopa defekata naglo je pala na unutar 3%, a stopa prinosa značajno se poboljšala. Nadalje, dugoročni testovi pouzdanosti pokazali su da je nakon 1000 ciklusa visoke temperature (125 ℃) i niske temperature (-55 ℃) broj kvarova lemnih spojeva čipa baziranog na granitnom kućištu smanjen za 70% u usporedbi s tradicionalnim kućištem, a stabilnost performansi čipa znatno je poboljšana.
Kako se tehnologija poluvodiča nastavlja razvijati prema većoj preciznosti i manjim dimenzijama, zahtjevi za kontrolu toplinskog naprezanja u pakiranju pločica postaju sve stroži. Granitne baze, sa svojim sveobuhvatnim prednostima u niskom koeficijentu toplinskog širenja, toplinskoj stabilnosti i smanjenju vibracija, postale su ključni izbor za poboljšanje kvalitete pakiranja pločica i smanjenje utjecaja toplinskog naprezanja. Igraju sve važniju ulogu u osiguravanju održivog razvoja poluvodičke industrije.
Vrijeme objave: 15. svibnja 2025.