I den presise og komplekse halvlederproduksjonsprosessen for waferpakking er termisk stress som en "ødelegger" skjult i mørket, som konstant truer emballasjekvaliteten og ytelsen til brikkene. Fra forskjellen i termiske ekspansjonskoeffisienter mellom brikker og emballasjematerialer til de drastiske temperaturendringene under emballasjeprosessen, er genereringsveiene for termisk stress forskjellige, men alle peker mot et resultat av redusert utbytte og påvirkning av brikkenes langsiktige pålitelighet. Granittbasen, med sine unike materialegenskaper, er stille og rolig i ferd med å bli en kraftig "assistent" i håndteringen av problemet med termisk stress.
Termisk stressdilemma i waferpakking
Waferpakking innebærer samarbeid mellom en rekke materialer. Brikker er vanligvis laget av halvledermaterialer som silisium, mens emballasjematerialer som plastemballasjematerialer og substrater varierer i kvalitet. Når temperaturen endres under pakkeprosessen, varierer forskjellige materialer sterkt i graden av termisk utvidelse og sammentrekning på grunn av betydelige forskjeller i termisk utvidelseskoeffisienten (CTE). For eksempel er termisk utvidelseskoeffisienten for silisiumbrikker omtrent 2,6 × 10⁻⁶/℃, mens termisk utvidelseskoeffisienten for vanlige epoksyharpiksstøpematerialer er så høy som 15–20 × 10⁻⁶/℃. Dette enorme gapet fører til at krympegraden til brikken og emballasjematerialet er asynkron under kjølefasen etter pakking, noe som genererer en sterk termisk spenning i grensesnittet mellom de to. Under kontinuerlig effekt av termisk spenning kan waferen vri seg og deformeres. I alvorlige tilfeller kan det til og med forårsake fatale defekter som sprekker i brikken, brudd i loddeforbindelser og delaminering av grensesnittet, noe som resulterer i skade på brikkens elektriske ytelse og en betydelig reduksjon i levetiden. Ifølge bransjestatistikk kan andelen defekter i waferpakking forårsaket av termiske stressproblemer være så høy som 10 % til 15 %, noe som blir en nøkkelfaktor som begrenser effektiv og høykvalitetsutvikling av halvlederindustrien.
De karakteristiske fordelene med granittbaser
Lav termisk utvidelseskoeffisient: Granitt består hovedsakelig av mineralkrystaller som kvarts og feltspat, og den termiske utvidelseskoeffisienten er ekstremt lav, vanligvis fra 0,6 til 5 × 10⁻⁶/℃, som er nærmere den for silisiumbrikker. Denne egenskapen gjør at forskjellen i termisk utvidelse mellom granittbasen og brikken og emballasjematerialene reduseres betydelig under drift av waferpakkeutstyr, selv ved temperatursvingninger. For eksempel, når temperaturen endres med 10 ℃, kan størrelsesvariasjonen på pakkeplattformen bygget på granittbasen reduseres med mer enn 80 % sammenlignet med den tradisjonelle metallbasen, noe som i stor grad lindrer den termiske belastningen forårsaket av asynkron termisk utvidelse og sammentrekning, og gir et mer stabilt støttemiljø for waferen.
Utmerket termisk stabilitet: Granitt har enestående termisk stabilitet. Den indre strukturen er tett, og krystallene er tett bundet gjennom ioniske og kovalente bindinger, noe som muliggjør langsom varmeledning. Når pakkeutstyret gjennomgår komplekse temperatursykluser, kan granittbasen effektivt undertrykke påvirkningen av temperaturendringer på seg selv og opprettholde et stabilt temperaturfelt. Relevante eksperimenter viser at under den vanlige temperaturendringshastigheten for pakkeutstyr (som ±5 ℃ per minutt), kan overflatetemperaturens ensartethetsavviket til granittbasen kontrolleres innenfor ±0,1 ℃, noe som unngår fenomenet termisk stresskonsentrasjon forårsaket av lokale temperaturforskjeller, sikrer at waferen er i et jevnt og stabilt termisk miljø gjennom hele pakkeprosessen, og reduserer kilden til termisk stressgenerering.
Høy stivhet og vibrasjonsdemping: Under drift av waferpakkeutstyr vil de mekaniske bevegelige delene inni (som motorer, transmisjonsenheter osv.) generere vibrasjoner. Hvis disse vibrasjonene overføres til waferen, vil de forsterke skaden forårsaket av termisk stress på waferen. Granittbaser har høy stivhet og en hardhet som er høyere enn mange metallmaterialer, noe som effektivt kan motstå forstyrrelser fra eksterne vibrasjoner. Samtidig gir den unike indre strukturen den utmerket vibrasjonsdempende ytelse og gjør det mulig å spre vibrasjonsenergi raskt. Forskningsdata viser at granittbasen kan redusere høyfrekvente vibrasjoner (100–1000 Hz) generert av drift av pakkeutstyr med 60 % til 80 %, noe som reduserer koblingseffekten av vibrasjon og termisk stress betydelig, og ytterligere sikrer høy presisjon og høy pålitelighet til waferpakking.
Praktisk anvendelseseffekt
I waferpakkingsproduksjonslinjen til en kjent halvlederproduksjonsbedrift har det blitt gjort bemerkelsesverdige resultater etter introduksjonen av pakkeutstyr med granittbaser. Basert på analysen av inspeksjonsdataene fra 10 000 wafere etter pakking, før granittbasen ble tatt i bruk, var defektraten for waferbøyning forårsaket av termisk stress 12 %. Etter bytte til granittbasen falt imidlertid defektraten kraftig til innenfor 3 %, og utbyttet ble betydelig forbedret. Videre har langsiktige pålitelighetstester vist at etter 1000 sykluser med høy temperatur (125 ℃) og lav temperatur (-55 ℃) har antallet loddefeil i brikken basert på granittbasepakken blitt redusert med 70 % sammenlignet med den tradisjonelle basepakken, og brikkens ytelsesstabilitet har blitt betydelig forbedret.
Etter hvert som halvlederteknologien fortsetter å utvikle seg mot høyere presisjon og mindre størrelse, blir kravene til termisk stresskontroll i waferpakking stadig strengere. Granittbaser, med sine omfattende fordeler innen lav termisk utvidelseskoeffisient, termisk stabilitet og vibrasjonsreduksjon, har blitt et nøkkelvalg for å forbedre kvaliteten på waferpakking og redusere effekten av termisk stress. De spiller en stadig viktigere rolle i å sikre bærekraftig utvikling av halvlederindustrien.
Publiseringstid: 15. mai 2025