Kiekkojen pakkauksen tarkassa ja monimutkaisessa puolijohdevalmistusprosessissa lämpöjännitys on kuin pimeyteen piilotettu "tuhoaja", joka jatkuvasti uhkaa pakkauksen laatua ja sirujen suorituskykyä. Sirujen ja pakkausmateriaalien välisten lämpölaajenemiskertoimien eroista pakkausprosessin aikana tapahtuviin rajuihin lämpötilan muutoksiin lämpöjännityksen syntyreitit ovat moninaiset, mutta kaikki viittaavat siihen, että saanto pienenee ja sirujen pitkäaikaiseen luotettavuuteen vaikuttaa. Graniittipohja ainutlaatuisine materiaaliominaisuuksineen on hiljaa muuttumassa tehokkaaksi "avustajaksi" lämpöjännityksen ongelman käsittelyssä.
Kiekkojen pakkauksen lämpöjännitysongelma
Kiekkojen pakkausprosessi vaatii useiden materiaalien yhteistyötä. Sirut koostuvat tyypillisesti puolijohdemateriaaleista, kuten piistä, kun taas pakkausmateriaalien, kuten muovipakkausmateriaalien ja alustojen, laatu vaihtelee. Kun lämpötila muuttuu pakkausprosessin aikana, eri materiaalien lämpölaajenemis- ja supistumisaste vaihtelee suuresti lämpölaajenemiskertoimen (CTE) merkittävien erojen vuoksi. Esimerkiksi piisirujen lämpölaajenemiskerroin on noin 2,6 × 10⁻⁶/℃, kun taas yleisten epoksihartsimuovausmateriaalien lämpölaajenemiskerroin on jopa 15-20 × 10⁻⁶/℃. Tämä valtava rako aiheuttaa sirun ja pakkausmateriaalin kutistumisasteen asynkronisen pakkauksen jälkeisen jäähdytysvaiheen aikana, mikä aiheuttaa voimakkaan lämpöjännityksen niiden väliseen rajapintaan. Jatkuvan lämpöjännityksen vaikutuksesta kiekko voi vääntyä ja muuttaa muotoaan. Vakavissa tapauksissa se voi aiheuttaa jopa kohtalokkaita vikoja, kuten sirun halkeamia, juotosliitosten murtumia ja rajapinnan delaminaatiota, mikä johtaa sirun sähköisen suorituskyvyn vaurioitumiseen ja sen käyttöiän merkittävään lyhenemiseen. Alan tilastojen mukaan lämpöjännitysongelmien aiheuttama kiekkopakkausten viallisuusaste voi olla jopa 10–15 %, ja siitä on tullut keskeinen tekijä, joka rajoittaa puolijohdeteollisuuden tehokasta ja korkealaatuista kehitystä.
Graniittipohjien ominaiset edut
Alhainen lämpölaajenemiskerroin: Graniitti koostuu pääasiassa mineraalikiteistä, kuten kvartsista ja maasälvästä, ja sen lämpölaajenemiskerroin on erittäin alhainen, yleensä 0,6–5 × 10⁻⁶/℃, mikä on lähempänä piisirujen lämpölaajenemiskerrointa. Tämä ominaisuus mahdollistaa sen, että kiekkojen pakkauslaitteiden käytön aikana, jopa lämpötilanvaihteluissa, graniittipohjan ja sirun ja pakkausmateriaalien välinen lämpölaajenemisero pienenee merkittävästi. Esimerkiksi 10 ℃:n lämpötilan muuttuessa graniittipohjalle rakennetun pakkausalustan koon vaihtelua voidaan pienentää yli 80 % perinteiseen metallipohjaan verrattuna, mikä lievittää huomattavasti asynkronisen lämpölaajenemisen ja supistumisen aiheuttamaa lämpöjännitystä ja tarjoaa kiekolle vakaamman tukiympäristön.
Erinomainen lämmönkestävyys: Graniitilla on erinomainen lämmönkestävyys. Sen sisäinen rakenne on tiivis ja kiteet ovat tiiviisti sitoutuneet ioni- ja kovalenttisilla sidoksilla, mikä mahdollistaa hitaan lämmönjohtavuuden sisällä. Kun pakkauslaitteet käyvät läpi monimutkaisia lämpötilasyklejä, graniittipohja voi tehokkaasti vaimentaa lämpötilan muutosten vaikutusta itseensä ja ylläpitää vakaan lämpötilakentän. Asiaankuuluvat kokeet osoittavat, että pakkauslaitteiden tavanomaisella lämpötilanmuutosnopeudella (kuten ±5 ℃ minuutissa) graniittipohjan pintalämpötilan tasaisuuspoikkeamaa voidaan säätää ±0,1 ℃:n tarkkuudella, mikä välttää paikallisten lämpötilaerojen aiheuttaman lämpöjännityskonsentraation ilmiön, varmistaa, että kiekko on tasaisessa ja vakaassa lämpöympäristössä koko pakkausprosessin ajan ja vähentää lämpöjännityksen syntymistä.
Korkea jäykkyys ja tärinänvaimennus: Kiekkojen pakkauslaitteiden käytön aikana niiden sisällä olevat mekaaniset liikkuvat osat (kuten moottorit, voimansiirtolaitteet jne.) aiheuttavat tärinää. Jos nämä värähtelyt siirtyvät kiekkoon, ne voimistavat kiekolle lämpöjännityksen aiheuttamia vaurioita. Graniittipohjat ovat erittäin jäykkiä ja kovempia kuin monet metallimateriaalit, mikä kestää tehokkaasti ulkoisten tärinöiden aiheuttamia häiriöitä. Samaan aikaan sen ainutlaatuinen sisäinen rakenne antaa sille erinomaisen tärinänvaimennuskyvyn ja mahdollistaa tärinäenergian nopean haihduttamisen. Tutkimustiedot osoittavat, että graniittipohja voi vähentää pakkauslaitteiden toiminnan aiheuttamaa korkeataajuista tärinää (100–1000 Hz) 60–80 %, mikä vähentää merkittävästi tärinän ja lämpöjännityksen kytkentävaikutusta ja varmistaa edelleen kiekkojen pakkausten korkean tarkkuuden ja luotettavuuden.
Käytännön sovelluksen vaikutus
Tunnetun puolijohdeyrityksen kiekkojen pakkauslinjalla on saavutettu merkittäviä tuloksia graniittipohjaisten pakkauslaitteiden käyttöönoton jälkeen. Ennen graniittipohjaan siirtymistä 10 000 kiekon pakkaustietojen analyysin perusteella lämpöjännityksen aiheuttama kiekkojen vääntymisen vikaantumisaste oli 12 %. Graniittipohjaan siirtymisen jälkeen vikaantumisaste kuitenkin laski jyrkästi 3 %:n tarkkuudelle ja saantoprosentti parani merkittävästi. Lisäksi pitkäaikaiset luotettavuustestit ovat osoittaneet, että 1 000 korkean lämpötilan (125 ℃) ja matalan lämpötilan (-55 ℃) syklin jälkeen graniittipohjaiseen piiriin perustuvien juotosliitosten vikojen määrä on vähentynyt 70 % perinteiseen piiriin verrattuna, ja piirin suorituskyvyn vakaus on parantunut huomattavasti.
Puolijohdeteknologian kehittyessä kohti suurempaa tarkkuutta ja pienempiä kokoja, kiekkojen pakkausmateriaalien lämpöjännityksen hallinnan vaatimukset tiukentuvat. Graniittipohjat, joiden monipuoliset edut ovat alhainen lämpölaajenemiskerroin, lämpöstabiilius ja tärinänvaimennus, ovat nousseet keskeiseksi valinnaksi kiekkojen pakkausmateriaalien laadun parantamiseksi ja lämpöjännityksen vaikutuksen vähentämiseksi. Niillä on yhä tärkeämpi rooli puolijohdeteollisuuden kestävän kehityksen varmistamisessa.
Julkaisun aika: 15. toukokuuta 2025