Dalam proses pembuatan semikonduktor pembungkusan wafer yang tepat dan kompleks, tekanan haba umpama "pemusnah" yang tersembunyi dalam kegelapan, sentiasa mengancam kualiti pembungkusan dan prestasi cip. Daripada perbezaan pekali pengembangan haba antara cip dan bahan pembungkusan hinggalah perubahan suhu yang drastik semasa proses pembungkusan, laluan penjanaan tekanan haba adalah pelbagai, tetapi semuanya menunjukkan hasil pengurangan kadar hasil dan menjejaskan kebolehpercayaan jangka panjang cip. Asas granit, dengan sifat bahannya yang unik, secara senyap-senyap menjadi "pembantu" yang berkuasa dalam menangani masalah tekanan haba.
Dilema tekanan haba dalam pembungkusan wafer
Pembungkusan wafer melibatkan kerja kolaboratif pelbagai bahan. Cip biasanya terdiri daripada bahan semikonduktor seperti silikon, manakala bahan pembungkusan seperti bahan pembungkusan plastik dan substrat berbeza-beza dari segi kualiti. Apabila suhu berubah semasa proses pembungkusan, bahan yang berbeza sangat berbeza dari segi tahap pengembangan dan pengecutan haba disebabkan oleh perbezaan yang ketara dalam pekali pengembangan haba (CTE). Contohnya, pekali pengembangan haba cip silikon adalah kira-kira 2.6×10⁻⁶/℃, manakala pekali pengembangan haba bahan pengacuan resin epoksi biasa adalah setinggi 15-20 ×10⁻⁶/℃. Jurang yang besar ini menyebabkan tahap pengecutan cip dan bahan pembungkusan menjadi tidak segerak semasa peringkat penyejukan selepas pembungkusan, menghasilkan tekanan haba yang kuat pada antara muka antara kedua-duanya. Di bawah kesan tekanan haba yang berterusan, wafer mungkin melengkung dan berubah bentuk. Dalam kes yang teruk, ia juga boleh menyebabkan kecacatan maut seperti retakan cip, patah sendi pateri, dan penyingkiran antara muka, mengakibatkan kerosakan pada prestasi elektrik cip dan pengurangan yang ketara dalam hayat perkhidmatannya. Menurut statistik industri, kadar kecacatan pembungkusan wafer yang disebabkan oleh masalah tekanan haba boleh mencecah setinggi 10% hingga 15%, menjadi faktor utama yang menyekat pembangunan industri semikonduktor yang cekap dan berkualiti tinggi.
Kelebihan ciri asas granit
Pekali pengembangan haba yang rendah: Granit terutamanya terdiri daripada kristal mineral seperti kuarza dan feldspar, dan pekali pengembangan habanya sangat rendah, biasanya antara 0.6 hingga 5×10⁻⁶/℃, yang lebih hampir dengan cip silikon. Ciri ini membolehkan semasa operasi peralatan pembungkusan wafer, walaupun menghadapi turun naik suhu, perbezaan pengembangan haba antara asas granit dan cip dan bahan pembungkusan berkurangan dengan ketara. Contohnya, apabila suhu berubah sebanyak 10℃, variasi saiz platform pembungkusan yang dibina di atas asas granit boleh dikurangkan lebih daripada 80% berbanding dengan asas logam tradisional, yang dapat mengurangkan tekanan haba yang disebabkan oleh pengembangan dan pengecutan haba tak segerak, dan menyediakan persekitaran sokongan yang lebih stabil untuk wafer.
Kestabilan terma yang sangat baik: Granit mempunyai kestabilan terma yang luar biasa. Struktur dalamannya padat, dan kristal terikat rapat melalui ikatan ionik dan kovalen, membolehkan pengaliran haba yang perlahan di dalamnya. Apabila peralatan pembungkusan menjalani kitaran suhu yang kompleks, tapak granit dapat menyekat pengaruh perubahan suhu ke atas dirinya sendiri dengan berkesan dan mengekalkan medan suhu yang stabil. Eksperimen yang berkaitan menunjukkan bahawa di bawah kadar perubahan suhu biasa peralatan pembungkusan (seperti ±5℃ seminit), sisihan keseragaman suhu permukaan tapak granit boleh dikawal dalam lingkungan ±0.1℃, mengelakkan fenomena kepekatan tegasan terma yang disebabkan oleh perbezaan suhu tempatan, memastikan wafer berada dalam persekitaran terma yang seragam dan stabil sepanjang proses pembungkusan, dan mengurangkan sumber penjanaan tegasan terma.
Ketegaran tinggi dan redaman getaran: Semasa operasi peralatan pembungkusan wafer, bahagian mekanikal yang bergerak di dalamnya (seperti motor, peranti penghantaran, dll.) akan menghasilkan getaran. Jika getaran ini dihantar ke wafer, ia akan meningkatkan kerosakan yang disebabkan oleh tekanan haba pada wafer. Asas granit mempunyai ketegaran yang tinggi dan kekerasan yang lebih tinggi daripada kebanyakan bahan logam, yang boleh menahan gangguan getaran luaran dengan berkesan. Sementara itu, struktur dalamannya yang unik memberikannya prestasi redaman getaran yang sangat baik dan membolehkannya menghilangkan tenaga getaran dengan cepat. Data penyelidikan menunjukkan bahawa asas granit boleh mengurangkan getaran frekuensi tinggi (100-1000Hz) yang dihasilkan oleh operasi peralatan pembungkusan sebanyak 60% hingga 80%, mengurangkan kesan gandingan getaran dan tekanan haba dengan ketara, dan seterusnya memastikan ketepatan tinggi dan kebolehpercayaan pembungkusan wafer yang tinggi.
Kesan aplikasi praktikal
Dalam barisan pengeluaran pembungkusan wafer sebuah perusahaan pembuatan semikonduktor yang terkenal, selepas memperkenalkan peralatan pembungkusan dengan asas granit, pencapaian yang luar biasa telah dicapai. Berdasarkan analisis data pemeriksaan 10,000 wafer selepas pembungkusan, sebelum menerima pakai asas granit, kadar kecacatan lengkungan wafer yang disebabkan oleh tekanan haba adalah 12%. Walau bagaimanapun, selepas bertukar kepada asas granit, kadar kecacatan menurun mendadak kepada dalam lingkungan 3%, dan kadar hasil meningkat dengan ketara. Tambahan pula, ujian kebolehpercayaan jangka panjang telah menunjukkan bahawa selepas 1,000 kitaran suhu tinggi (125℃) dan suhu rendah (-55℃), bilangan kegagalan sambungan pateri cip berdasarkan pakej asas granit telah dikurangkan sebanyak 70% berbanding pakej asas tradisional, dan kestabilan prestasi cip telah bertambah baik dengan ketara.
Memandangkan teknologi semikonduktor terus maju ke arah ketepatan yang lebih tinggi dan saiz yang lebih kecil, keperluan untuk kawalan tekanan haba dalam pembungkusan wafer menjadi semakin ketat. Asas granit, dengan kelebihan komprehensifnya dalam pekali pengembangan haba yang rendah, kestabilan haba dan pengurangan getaran, telah menjadi pilihan utama untuk meningkatkan kualiti pembungkusan wafer dan mengurangkan kesan tekanan haba. Ia memainkan peranan yang semakin penting dalam memastikan pembangunan mampan industri semikonduktor.
Masa siaran: 15 Mei 2025