En el precís i complex procés de fabricació de semiconductors per a l'envasament de les oblies, l'estrès tèrmic és com un "destructor" amagat a la foscor, que amenaça constantment la qualitat de l'envasament i el rendiment dels xips. Des de la diferència en els coeficients d'expansió tèrmica entre els xips i els materials d'envasament fins als canvis dràstics de temperatura durant el procés d'envasament, les vies de generació d'estrès tèrmic són diverses, però totes apunten al resultat de la reducció de la taxa de rendiment i l'afectació de la fiabilitat a llarg termini dels xips. La base de granit, amb les seves propietats materials úniques, s'està convertint silenciosament en un potent "assistent" per afrontar el problema de l'estrès tèrmic.
El dilema de l'estrès tèrmic en l'envasament de les oblies
L'envasament de les oblies implica el treball col·laboratiu de nombrosos materials. Els xips solen estar compostos de materials semiconductors com el silici, mentre que els materials d'envasament com els materials d'envasament de plàstic i els substrats varien en qualitat. Quan la temperatura canvia durant el procés d'envasament, els diferents materials varien molt en el grau d'expansió i contracció tèrmica a causa de diferències significatives en el coeficient d'expansió tèrmica (CTE). Per exemple, el coeficient d'expansió tèrmica dels xips de silici és d'aproximadament 2,6 × 10⁻⁶/℃, mentre que el coeficient d'expansió tèrmica dels materials comuns de modelat de resina epoxi és de fins a 15-20 × 10⁻⁶/℃. Aquesta enorme diferència fa que el grau de contracció del xip i el material d'envasament sigui asíncron durant l'etapa de refredament després de l'envasament, generant una forta tensió tèrmica a la interfície entre els dos. Sota l'efecte continu de la tensió tèrmica, l'oblia es pot deformar i deformar. En casos greus, fins i tot pot causar defectes fatals com ara esquerdes del xip, fractures de les unions de soldadura i delaminació de la interfície, cosa que provoca danys al rendiment elèctric del xip i una reducció significativa de la seva vida útil. Segons les estadístiques de la indústria, la taxa de defectes de l'envasament de les oblies causada per problemes d'estrès tèrmic pot arribar al 10% o al 15%, convertint-se en un factor clau que restringeix el desenvolupament eficient i d'alta qualitat de la indústria dels semiconductors.
Els avantatges característics de les bases de granit
Baix coeficient d'expansió tèrmica: el granit està compost principalment de cristalls minerals com el quars i el feldespat, i el seu coeficient d'expansió tèrmica és extremadament baix, generalment entre 0,6 i 5 × 10⁻⁶/℃, que s'assembla més al dels xips de silici. Aquesta característica permet que durant el funcionament dels equips d'envasament d'oblies, fins i tot quan es troben fluctuacions de temperatura, la diferència d'expansió tèrmica entre la base de granit i els materials del xip i l'envasament es redueixi significativament. Per exemple, quan la temperatura canvia en 10 ℃, la variació de mida de la plataforma d'envasament construïda sobre la base de granit es pot reduir en més d'un 80% en comparació amb la base metàl·lica tradicional, cosa que alleuja considerablement l'estrès tèrmic causat per l'expansió i la contracció tèrmiques asíncrones i proporciona un entorn de suport més estable per a l'oblia.
Excel·lent estabilitat tèrmica: el granit té una estabilitat tèrmica excepcional. La seva estructura interna és densa i els cristalls estan estretament units mitjançant enllaços iònics i covalents, cosa que permet una conducció tèrmica lenta a l'interior. Quan l'equip d'envasament se sotmet a cicles de temperatura complexos, la base de granit pot suprimir eficaçment la influència dels canvis de temperatura sobre si mateixa i mantenir un camp de temperatura estable. Experiments rellevants mostren que sota la taxa de canvi de temperatura habitual dels equips d'envasament (com ara ±5 ℃ per minut), la desviació de la uniformitat de la temperatura superficial de la base de granit es pot controlar dins de ±0,1 ℃, evitant el fenomen de concentració d'estrès tèrmic causat per les diferències de temperatura locals, garantint que l'oblea es trobi en un entorn tèrmic uniforme i estable durant tot el procés d'envasament i reduint la font de generació d'estrès tèrmic.
Alta rigidesa i amortiment de vibracions: Durant el funcionament dels equips d'envasament d'oblies, les parts mòbils mecàniques de l'interior (com ara motors, dispositius de transmissió, etc.) generaran vibracions. Si aquestes vibracions es transmeten a l'oblia, intensificaran el dany causat per l'estrès tèrmic a l'oblia. Les bases de granit tenen una alta rigidesa i una duresa superior a la de molts materials metàl·lics, cosa que pot resistir eficaçment la interferència de les vibracions externes. Mentrestant, la seva estructura interna única li confereix un excel·lent rendiment d'amortiment de vibracions i li permet dissipar ràpidament l'energia de les vibracions. Les dades de la investigació mostren que la base de granit pot reduir la vibració d'alta freqüència (100-1000 Hz) generada pel funcionament dels equips d'envasament en un 60% a un 80%, reduint significativament l'efecte d'acoblament de la vibració i l'estrès tèrmic, i garantint encara més l'alta precisió i l'alta fiabilitat de l'envasament d'oblies.
Efecte d'aplicació pràctica
A la línia de producció d'envasos d'oblies d'una coneguda empresa de fabricació de semiconductors, després de la introducció d'equips d'envasament amb bases de granit, s'han aconseguit èxits notables. Basant-se en l'anàlisi de les dades d'inspecció de 10.000 oblies després de l'envasament, abans d'adoptar la base de granit, la taxa de defectes de deformació de l'oblia causada per l'estrès tèrmic era del 12%. No obstant això, després de canviar a la base de granit, la taxa de defectes va disminuir bruscament fins al 3%, i la taxa de rendiment va millorar significativament. A més, les proves de fiabilitat a llarg termini han demostrat que després de 1.000 cicles d'alta temperatura (125 ℃) i baixa temperatura (-55 ℃), el nombre de fallades de soldadura del xip basat en l'envàs de base de granit s'ha reduït en un 70% en comparació amb l'envàs de base tradicional, i l'estabilitat del rendiment del xip s'ha millorat considerablement.
A mesura que la tecnologia dels semiconductors continua avançant cap a una major precisió i una mida més petita, els requisits per al control de la tensió tèrmica en l'envasament de les oblies són cada cop més estrictes. Les bases de granit, amb els seus amplis avantatges en el baix coeficient d'expansió tèrmica, l'estabilitat tèrmica i la reducció de vibracions, s'han convertit en una opció clau per millorar la qualitat de l'envasament de les oblies i reduir l'impacte de la tensió tèrmica. Estan jugant un paper cada cop més important per garantir el desenvolupament sostenible de la indústria dels semiconductors.
Data de publicació: 15 de maig de 2025