Yarı iletken üretiminde kullanılan hassas ve karmaşık yonga paketleme sürecinde, termal gerilim, karanlıkta gizlenmiş bir "yıkıcı" gibi, paketleme kalitesini ve yongaların performansını sürekli tehdit eder. Yongalar ve paketleme malzemeleri arasındaki termal genleşme katsayılarındaki farklılıktan, paketleme işlemi sırasındaki ani sıcaklık değişimlerine kadar, termal gerilimin oluşum yolları çeşitlidir, ancak hepsi verim oranını düşürme ve yongaların uzun vadeli güvenilirliğini etkileme sonucuna işaret eder. Eşsiz malzeme özelliklerine sahip granit taban, termal gerilim sorunuyla başa çıkmada sessizce güçlü bir "yardımcı" haline geliyor.
Yarı iletken levha paketlemesinde termal stres ikilemi
Yarı iletken levhaların paketlenmesi, çok sayıda malzemenin iş birliğini içerir. Çipler genellikle silikon gibi yarı iletken malzemelerden oluşurken, plastik ambalaj malzemeleri ve alt tabakalar gibi ambalaj malzemeleri kalite açısından farklılık gösterir. Paketleme işlemi sırasında sıcaklık değiştiğinde, farklı malzemeler, termal genleşme katsayısındaki (CTE) önemli farklılıklar nedeniyle termal genleşme ve büzülme derecelerinde büyük farklılıklar gösterir. Örneğin, silikon çiplerin termal genleşme katsayısı yaklaşık 2,6×10⁻⁶/℃ iken, yaygın epoksi reçine kalıplama malzemelerinin termal genleşme katsayısı 15-20 ×10⁻⁶/℃ kadar yüksektir. Bu büyük fark, paketlemeden sonraki soğutma aşamasında çip ve ambalaj malzemesinin büzülme derecesinin eş zamanlı olmamasına ve ikisi arasındaki arayüzde güçlü bir termal gerilime neden olur. Sürekli termal gerilim etkisi altında, yarı iletken levha bükülebilir ve deforme olabilir. Ciddi durumlarda, çip çatlakları, lehim bağlantı kırılmaları ve arayüz ayrılması gibi ölümcül kusurlara bile yol açabilir; bu da çipin elektriksel performansına zarar verir ve kullanım ömrünü önemli ölçüde kısaltır. Sektör istatistiklerine göre, termal stres sorunlarından kaynaklanan wafer paketleme kusur oranı %10 ila %15'e kadar çıkabilmekte ve yarı iletken endüstrisinin verimli ve yüksek kaliteli gelişimini kısıtlayan önemli bir faktör haline gelmektedir.
Granit tabanların karakteristik avantajları
Düşük termal genleşme katsayısı: Granit esas olarak kuvars ve feldispat gibi mineral kristallerinden oluşur ve termal genleşme katsayısı son derece düşüktür, genellikle 0,6 ile 5×10⁻⁶/℃ arasında değişir ve silikon çiplerinkine daha yakındır. Bu özellik, wafer paketleme ekipmanının çalışması sırasında, sıcaklık dalgalanmalarıyla karşılaşıldığında bile, granit taban ile çip ve paketleme malzemeleri arasındaki termal genleşme farkının önemli ölçüde azaltılmasını sağlar. Örneğin, sıcaklık 10℃ değiştiğinde, granit taban üzerine inşa edilen paketleme platformunun boyut değişimi, geleneksel metal tabana kıyasla %80'den fazla azaltılabilir; bu da eş zamanlı olmayan termal genleşme ve büzülmenin neden olduğu termal stresi büyük ölçüde hafifletir ve wafer için daha istikrarlı bir destek ortamı sağlar.
Mükemmel termal kararlılık: Granit, olağanüstü termal kararlılığa sahiptir. İç yapısı yoğundur ve kristaller iyonik ve kovalent bağlarla sıkıca bağlanmıştır, bu da ısı iletiminin yavaş olmasını sağlar. Paketleme ekipmanı karmaşık sıcaklık döngülerine maruz kaldığında, granit taban sıcaklık değişimlerinin kendi üzerindeki etkisini etkili bir şekilde bastırabilir ve kararlı bir sıcaklık alanı koruyabilir. İlgili deneyler, paketleme ekipmanının yaygın sıcaklık değişim hızında (örneğin dakikada ±5℃), granit tabanın yüzey sıcaklığı homojenlik sapmasının ±0,1℃ içinde kontrol edilebildiğini, yerel sıcaklık farklılıklarından kaynaklanan termal gerilim yoğunlaşması olgusunun önlendiğini, wafer'ın paketleme işlemi boyunca homojen ve kararlı bir termal ortamda kalmasını sağladığını ve termal gerilim oluşumunun kaynağını azalttığını göstermektedir.
Yüksek rijitlik ve titreşim sönümleme: Yonga levha paketleme ekipmanının çalışması sırasında, içindeki mekanik hareketli parçalar (motorlar, iletim cihazları vb.) titreşim üretir. Bu titreşimler yonga levhaya iletilirse, yonga levhaya termal gerilmeden kaynaklanan hasarı yoğunlaştırır. Granit tabanlar, birçok metal malzemeden daha yüksek bir rijitliğe ve sertliğe sahiptir ve dış titreşimlerin etkisine etkili bir şekilde direnç gösterir. Aynı zamanda, benzersiz iç yapısı ona mükemmel titreşim sönümleme performansı kazandırır ve titreşim enerjisini hızla dağıtmasını sağlar. Araştırma verileri, granit tabanın paketleme ekipmanının çalışmasıyla üretilen yüksek frekanslı titreşimi (100-1000 Hz) %60 ila %80 oranında azaltabildiğini, titreşim ve termal gerilmenin birleşme etkisini önemli ölçüde azalttığını ve yonga levha paketlemesinin yüksek hassasiyetini ve yüksek güvenilirliğini daha da sağladığını göstermektedir.
Pratik uygulama etkisi
Tanınmış bir yarı iletken üretim şirketinin gofret paketleme üretim hattında, granit tabanlı paketleme ekipmanının kullanıma alınmasının ardından önemli başarılar elde edildi. Paketleme sonrası 10.000 gofretin denetim verilerinin analizine göre, granit taban kullanılmadan önce termal stres nedeniyle gofret deformasyonu kusur oranı %12 iken, granit tabana geçildikten sonra bu oran %3'ün altına düştü ve verimlilik önemli ölçüde arttı. Ayrıca, uzun vadeli güvenilirlik testleri, 1000 döngü yüksek sıcaklık (125℃) ve düşük sıcaklık (-55℃) testinden sonra, granit tabanlı paketlemeye sahip çiplerin lehim bağlantı arızalarının sayısının geleneksel tabanlı paketlemeye kıyasla %70 oranında azaldığını ve çipin performans kararlılığının büyük ölçüde iyileştiğini göstermiştir.
Yarı iletken teknolojisi daha yüksek hassasiyet ve daha küçük boyutlara doğru ilerlemeye devam ettikçe, wafer paketlemesinde termal gerilim kontrolüne yönelik gereksinimler giderek daha da katılaşıyor. Düşük termal genleşme katsayısı, termal kararlılık ve titreşim azaltma gibi kapsamlı avantajlarıyla granit tabanlar, wafer paketlemesinin kalitesini artırmak ve termal gerilimin etkisini azaltmak için önemli bir tercih haline geldi. Yarı iletken endüstrisinin sürdürülebilir gelişimini sağlamada giderek daha önemli bir rol oynuyorlar.
Yayın tarihi: 15 Mayıs 2025