I den præcise og komplekse halvlederfremstillingsproces for waferpakning er termisk stress som en "ødelægger" skjult i mørket, der konstant truer emballagens kvalitet og chips' ydeevne. Fra forskellen i termiske udvidelseskoefficienter mellem chips og emballagematerialer til de drastiske temperaturændringer under emballeringsprocessen er genereringsvejene for termisk stress forskellige, men alle peger på et resultat af at reducere udbyttet og påvirke chips' langsigtede pålidelighed. Granitbasen, med sine unikke materialeegenskaber, er stille og roligt ved at blive en stærk "assistent" i håndteringen af problemet med termisk stress.
Termisk stressdilemma i waferpakning
Waferpakning involverer samarbejde mellem adskillige materialer. Chips er typisk sammensat af halvledermaterialer såsom silicium, mens emballagematerialer som plastemballagematerialer og substrater varierer i kvalitet. Når temperaturen ændrer sig under pakningsprocessen, varierer forskellige materialer meget i graden af termisk udvidelse og sammentrækning på grund af betydelige forskelle i den termiske udvidelseskoefficient (CTE). For eksempel er den termiske udvidelseskoefficient for siliciumchips cirka 2,6 × 10⁻⁶/℃, mens den termiske udvidelseskoefficient for almindelige epoxyharpiksstøbematerialer er så høj som 15-20 × 10⁻⁶/℃. Dette enorme mellemrum forårsager, at krympningsgraden af chippen og emballagematerialet er asynkron under afkølingsfasen efter pakning, hvilket genererer en stærk termisk belastning ved grænsefladen mellem de to. Under den kontinuerlige effekt af termisk belastning kan waferen vride og deformere. I alvorlige tilfælde kan det endda forårsage fatale defekter såsom chipres, loddeforbindelsesbrud og grænsefladedelaminering, hvilket resulterer i skade på chippens elektriske ydeevne og en betydelig reduktion i dens levetid. Ifølge branchestatistikker kan antallet af defekter i waferpakning forårsaget af termiske stressproblemer være så højt som 10 % til 15 %, hvilket bliver en nøglefaktor, der begrænser en effektiv og højkvalitativ udvikling af halvlederindustrien.
De karakteristiske fordele ved granitbaser
Lav termisk udvidelseskoefficient: Granit består hovedsageligt af mineralkrystaller såsom kvarts og feldspat, og dens termiske udvidelseskoefficient er ekstremt lav og ligger generelt fra 0,6 til 5 × 10⁻⁶/℃, hvilket er tættere på siliciumchips. Denne egenskab gør det muligt, at forskellen i termisk udvidelse mellem granitbasen og chippen og emballagematerialerne reduceres betydeligt under drift af waferpakkerudstyr, selv når der opstår temperaturudsving. For eksempel, når temperaturen ændres med 10 ℃, kan størrelsesvariationen på emballageplatformen bygget på granitbasen reduceres med mere end 80 % sammenlignet med den traditionelle metalbase, hvilket i høj grad lindrer den termiske belastning forårsaget af den asynkrone termiske udvidelse og sammentrækning og giver et mere stabilt støttemiljø for waferen.
Fremragende termisk stabilitet: Granit har enestående termisk stabilitet. Dens indre struktur er tæt, og krystallerne er tæt bundet gennem ioniske og kovalente bindinger, hvilket muliggør langsom varmeledning. Når emballeringsudstyret gennemgår komplekse temperaturcyklusser, kan granitbasen effektivt undertrykke påvirkningen af temperaturændringer på sig selv og opretholde et stabilt temperaturfelt. Relevante eksperimenter viser, at under den almindelige temperaturændringshastighed for emballeringsudstyr (såsom ±5 ℃ pr. minut) kan afvigelsen i overfladetemperaturens ensartethed for granitbasen kontrolleres inden for ±0,1 ℃, hvilket undgår fænomenet termisk stresskoncentration forårsaget af lokale temperaturforskelle, sikrer, at waferen er i et ensartet og stabilt termisk miljø gennem hele emballeringsprocessen og reducerer kilden til termisk stressgenerering.
Høj stivhed og vibrationsdæmpning: Under drift af waferpakkeudstyr vil de mekaniske bevægelige dele indeni (såsom motorer, transmissionsenheder osv.) generere vibrationer. Hvis disse vibrationer overføres til waferen, vil de forstærke skaden forårsaget af termisk stress på waferen. Granitbaser har høj stivhed og en hårdhed, der er højere end mange metalmaterialers, hvilket effektivt kan modstå interferens fra eksterne vibrationer. Samtidig giver dens unikke interne struktur den fremragende vibrationsdæmpningsevne og gør det muligt for den at sprede vibrationsenergi hurtigt. Forskningsdata viser, at granitbasen kan reducere de højfrekvente vibrationer (100-1000 Hz), der genereres af driften af pakkeudstyr, med 60 % til 80 %, hvilket reducerer koblingseffekten af vibration og termisk stress betydeligt og yderligere sikrer høj præcision og pålidelighed af waferpakker.
Praktisk anvendelseseffekt
I waferemballageproduktionslinjen hos en velkendt halvledervirksomhed er der opnået bemærkelsesværdige resultater efter introduktionen af emballageudstyr med granitbaser. Baseret på analysen af inspektionsdata fra 10.000 wafere efter emballering, før granitbasen blev anvendt, var defektraten for wafervridning forårsaget af termisk stress 12%. Efter skift til granitbasen faldt defektraten dog kraftigt til inden for 3%, og udbyttet blev betydeligt forbedret. Desuden har langtidspålidelighedstests vist, at antallet af loddeforbindelsesfejl i chippen baseret på granitbasepakken er reduceret med 70% sammenlignet med den traditionelle basispakke efter 1.000 cyklusser med høj temperatur (125℃) og lav temperatur (-55℃), og chippens ydeevnestabilitet er blevet betydeligt forbedret.
I takt med at halvlederteknologien fortsætter med at udvikle sig mod højere præcision og mindre størrelser, bliver kravene til termisk spændingskontrol i waferpakning stadig strengere. Granitbaser, med deres omfattende fordele inden for lav termisk udvidelseskoefficient, termisk stabilitet og vibrationsreduktion, er blevet et nøglevalg til at forbedre kvaliteten af waferpakning og reducere virkningen af termisk spænding. De spiller en stadig vigtigere rolle i at sikre en bæredygtig udvikling af halvlederindustrien.
Udsendelsestidspunkt: 15. maj 2025