No preciso e complexo proceso de fabricación de semicondutores para o empaquetado de obleas, a tensión térmica é coma un "destrutor" agochado na escuridade, que ameaza constantemente a calidade do empaquetado e o rendemento dos chips. Desde a diferenza nos coeficientes de expansión térmica entre os chips e os materiais de empaquetado ata os drásticos cambios de temperatura durante o proceso de empaquetado, as vías de xeración da tensión térmica son diversas, pero todas apuntan ao resultado da redución da taxa de rendemento e ao impacto na fiabilidade a longo prazo dos chips. A base de granito, coas súas propiedades únicas do material, está a converterse discretamente nun poderoso "axudante" para abordar o problema da tensión térmica.
O dilema da tensión térmica no empaquetado de obleas
O empaquetado de obleas implica o traballo colaborativo de numerosos materiais. Os chips adoitan estar compostos de materiais semicondutores como o silicio, mentres que os materiais de empaquetado, como os materiais de envasado de plástico e os substratos, varían en calidade. Cando a temperatura cambia durante o proceso de empaquetado, os diferentes materiais varían moito no grao de expansión e contracción térmica debido a diferenzas significativas no coeficiente de expansión térmica (CTE). Por exemplo, o coeficiente de expansión térmica dos chips de silicio é de aproximadamente 2,6 × 10⁻⁶/℃, mentres que o coeficiente de expansión térmica dos materiais de moldeo de resina epoxi comúns é de ata 15-20 × 10⁻⁶/℃. Esta enorme diferenza fai que o grao de contracción do chip e o material de empaquetado sexan asíncronos durante a etapa de arrefriamento despois do empaquetado, xerando unha forte tensión térmica na interface entre ambos. Baixo o efecto continuo da tensión térmica, a oblea pode deformarse e deformarse. En casos graves, pode incluso causar defectos fatais como gretas no chip, fracturas nas unións de soldadura e delaminación da interface, o que resulta en danos no rendemento eléctrico do chip e unha redución significativa na súa vida útil. Segundo as estatísticas do sector, a taxa de defectos no empaquetado de obleas causada por problemas de tensión térmica pode chegar ao 10 % ou ao 15 %, o que se converte nun factor clave que restrinxe o desenvolvemento eficiente e de alta calidade da industria dos semicondutores.
As vantaxes características das bases de granito
Baixo coeficiente de expansión térmica: o granito está composto principalmente por cristais minerais como o cuarzo e o feldespato, e o seu coeficiente de expansión térmica é extremadamente baixo, xeralmente entre 0,6 e 5 × 10⁻⁶/℃, o que se asemella máis ao dos chips de silicio. Esta característica permite que, durante o funcionamento do equipo de envasado de obleas, mesmo cando se atopan flutuacións de temperatura, a diferenza de expansión térmica entre a base de granito e os materiais do chip e do envasado se reduza significativamente. Por exemplo, cando a temperatura cambia en 10 ℃, a variación de tamaño da plataforma de envasado construída sobre a base de granito pode reducirse en máis dun 80 % en comparación coa base metálica tradicional, o que alivia en gran medida a tensión térmica causada pola expansión e contracción térmica asíncrona e proporciona un ambiente de soporte máis estable para a oblea.
Excelente estabilidade térmica: o granito ten unha estabilidade térmica excepcional. A súa estrutura interna é densa e os cristais están estreitamente unidos por enlaces iónicos e covalentes, o que permite unha condución térmica lenta no seu interior. Cando o equipo de envasado se somete a ciclos de temperatura complexos, a base de granito pode suprimir eficazmente a influencia dos cambios de temperatura sobre si mesma e manter un campo de temperatura estable. Experimentos relevantes mostran que baixo a taxa de cambio de temperatura común do equipo de envasado (como ±5 ℃ por minuto), a desviación da uniformidade da temperatura superficial da base de granito pódese controlar dentro de ±0,1 ℃, evitando o fenómeno da concentración de tensión térmica causada polas diferenzas de temperatura locais, garantindo que a oblea estea nun ambiente térmico uniforme e estable durante todo o proceso de envasado e reducindo a fonte de xeración de tensión térmica.
Alta rixidez e amortiguación de vibracións: Durante o funcionamento dos equipos de envasado de obleas, as pezas móbiles mecánicas do interior (como motores, dispositivos de transmisión, etc.) xerarán vibracións. Se estas vibracións se transmiten á oblea, intensificarán os danos causados pola tensión térmica na oblea. As bases de granito teñen unha alta rixidez e unha dureza superior á de moitos materiais metálicos, o que pode resistir eficazmente a interferencia das vibracións externas. Mentres tanto, a súa estrutura interna única dótaa dun excelente rendemento de amortiguación de vibracións e permítelle disipar a enerxía das vibracións rapidamente. Os datos da investigación mostran que a base de granito pode reducir a vibración de alta frecuencia (100-1000 Hz) xerada polo funcionamento dos equipos de envasado entre un 60 % e un 80 %, o que reduce significativamente o efecto de acoplamento da vibración e a tensión térmica e garante aínda máis a alta precisión e a alta fiabilidade do envasado das obleas.
Efecto da aplicación práctica
Na liña de produción de envasado de obleas dunha coñecida empresa fabricante de semicondutores, tras a introdución de equipos de envasado con bases de granito, acadaronse logros notables. Baseándose na análise dos datos de inspección de 10.000 obleas despois do envasado, antes de adoptar a base de granito, a taxa de defectos de deformación da oblea causada pola tensión térmica era do 12 %. Non obstante, tras cambiar á base de granito, a taxa de defectos caeu drasticamente ata o 3 % e a taxa de rendemento mellorou significativamente. Ademais, as probas de fiabilidade a longo prazo demostraron que tras 1.000 ciclos de alta temperatura (125 ℃) e baixa temperatura (-55 ℃), o número de fallos de soldadura do chip baseado no encapsulado de base de granito reduciuse nun 70 % en comparación co encapsulado de base tradicional e a estabilidade do rendemento do chip mellorou considerablemente.
A medida que a tecnoloxía dos semicondutores continúa avanzando cara a unha maior precisión e un tamaño máis pequeno, os requisitos para o control da tensión térmica no encapsulado de obleas son cada vez máis estritos. As bases de granito, coas súas amplas vantaxes en canto a baixo coeficiente de expansión térmica, estabilidade térmica e redución de vibracións, convertéronse nunha opción clave para mellorar a calidade do encapsulado de obleas e reducir o impacto da tensión térmica. Están a desempeñar un papel cada vez máis importante para garantir o desenvolvemento sostible da industria dos semicondutores.
Data de publicación: 15 de maio de 2025