શું ગ્રેનાઈટ બેઝ વેફર પેકેજિંગ સાધનો માટે થર્મલ સ્ટ્રેસ દૂર કરી શકે છે?

વેફર પેકેજિંગની ચોક્કસ અને જટિલ સેમિકન્ડક્ટર ઉત્પાદન પ્રક્રિયામાં, થર્મલ સ્ટ્રેસ એ અંધારામાં છુપાયેલા "વિનાશક" જેવું છે, જે પેકેજિંગની ગુણવત્તા અને ચિપ્સના પ્રદર્શનને સતત જોખમમાં મૂકે છે. ચિપ્સ અને પેકેજિંગ સામગ્રી વચ્ચેના થર્મલ વિસ્તરણ ગુણાંકમાં તફાવતથી લઈને પેકેજિંગ પ્રક્રિયા દરમિયાન તાપમાનમાં તીવ્ર ફેરફાર સુધી, થર્મલ સ્ટ્રેસના ઉત્પાદન માર્ગો વૈવિધ્યસભર છે, પરંતુ તે બધા ઉપજ દર ઘટાડવા અને ચિપ્સની લાંબા ગાળાની વિશ્વસનીયતાને અસર કરવાના પરિણામ તરફ નિર્દેશ કરે છે. ગ્રેનાઈટ બેઝ, તેના અનન્ય સામગ્રી ગુણધર્મો સાથે, થર્મલ સ્ટ્રેસની સમસ્યાનો સામનો કરવામાં શાંતિથી એક શક્તિશાળી "સહાયક" બની રહ્યો છે.
વેફર પેકેજિંગમાં થર્મલ સ્ટ્રેસની સમસ્યા
વેફર પેકેજિંગમાં અસંખ્ય સામગ્રીના સહયોગી કાર્યનો સમાવેશ થાય છે. ચિપ્સ સામાન્ય રીતે સિલિકોન જેવા સેમિકન્ડક્ટર મટિરિયલ્સથી બનેલા હોય છે, જ્યારે પ્લાસ્ટિક પેકેજિંગ મટિરિયલ્સ અને સબસ્ટ્રેટ્સ જેવી પેકેજિંગ મટિરિયલ્સ ગુણવત્તામાં બદલાય છે. જ્યારે પેકેજિંગ પ્રક્રિયા દરમિયાન તાપમાન બદલાય છે, ત્યારે થર્મલ વિસ્તરણ (CTE) ના ગુણાંકમાં નોંધપાત્ર તફાવતને કારણે વિવિધ સામગ્રી થર્મલ વિસ્તરણ અને સંકોચનની ડિગ્રીમાં મોટા પ્રમાણમાં બદલાય છે. ઉદાહરણ તરીકે, સિલિકોન ચિપ્સના થર્મલ વિસ્તરણનો ગુણાંક આશરે 2.6×10⁻⁶/℃ છે, જ્યારે સામાન્ય ઇપોક્સી રેઝિન મોલ્ડિંગ મટિરિયલ્સના થર્મલ વિસ્તરણનો ગુણાંક 15-20 ×10⁻⁶/℃ જેટલો ઊંચો છે. આ વિશાળ ગેપ પેકેજિંગ પછી ઠંડકના તબક્કા દરમિયાન ચિપ અને પેકેજિંગ મટિરિયલના સંકોચન ડિગ્રીને અસુમેળ બનાવે છે, જે બંને વચ્ચેના ઇન્ટરફેસ પર મજબૂત થર્મલ તણાવ પેદા કરે છે. થર્મલ તણાવની સતત અસર હેઠળ, વેફર વિકૃત થઈ શકે છે અને વિકૃત થઈ શકે છે. ગંભીર કિસ્સાઓમાં, તે ચિપ ક્રેક્સ, સોલ્ડર સાંધા ફ્રેક્ચર અને ઇન્ટરફેસ ડિલેમિનેશન જેવા જીવલેણ ખામીઓનું કારણ પણ બની શકે છે, જેના પરિણામે ચિપના વિદ્યુત પ્રદર્શનને નુકસાન થાય છે અને તેની સેવા જીવનમાં નોંધપાત્ર ઘટાડો થાય છે. ઉદ્યોગના આંકડા અનુસાર, થર્મલ સ્ટ્રેસના મુદ્દાઓને કારણે વેફર પેકેજિંગનો ખામીયુક્ત દર 10% થી 15% સુધીનો હોઈ શકે છે, જે સેમિકન્ડક્ટર ઉદ્યોગના કાર્યક્ષમ અને ઉચ્ચ-ગુણવત્તાવાળા વિકાસને પ્રતિબંધિત કરતું મુખ્ય પરિબળ બની જાય છે.

ગ્રેનાઈટ પાયાના લાક્ષણિક ફાયદા
થર્મલ વિસ્તરણનો ઓછો ગુણાંક: ગ્રેનાઈટ મુખ્યત્વે ક્વાર્ટઝ અને ફેલ્ડસ્પાર જેવા ખનિજ સ્ફટિકોથી બનેલો હોય છે, અને તેનો થર્મલ વિસ્તરણનો ગુણાંક અત્યંત ઓછો હોય છે, સામાન્ય રીતે 0.6 થી 5×10⁻⁶/℃ સુધીનો હોય છે, જે સિલિકોન ચિપ્સની નજીક હોય છે. આ લાક્ષણિકતા વેફર પેકેજિંગ સાધનોના સંચાલન દરમિયાન, તાપમાનમાં વધઘટનો સામનો કરતી વખતે પણ, ગ્રેનાઈટ બેઝ અને ચિપ અને પેકેજિંગ સામગ્રી વચ્ચે થર્મલ વિસ્તરણમાં તફાવત નોંધપાત્ર રીતે ઘટાડે છે. ઉદાહરણ તરીકે, જ્યારે તાપમાન 10℃ બદલાય છે, ત્યારે ગ્રેનાઈટ બેઝ પર બનેલા પેકેજિંગ પ્લેટફોર્મના કદમાં પરંપરાગત ધાતુના આધારની તુલનામાં 80% થી વધુ ઘટાડો થઈ શકે છે, જે અસુમેળ થર્મલ વિસ્તરણ અને સંકોચનને કારણે થતા થર્મલ તણાવને મોટા પ્રમાણમાં ઘટાડે છે, અને વેફર માટે વધુ સ્થિર સપોર્ટ વાતાવરણ પૂરું પાડે છે.
ઉત્તમ થર્મલ સ્થિરતા: ગ્રેનાઈટમાં ઉત્કૃષ્ટ થર્મલ સ્થિરતા છે. તેની આંતરિક રચના ગાઢ છે, અને સ્ફટિકો આયનીય અને સહસંયોજક બંધનો દ્વારા ગાઢ રીતે બંધાયેલા છે, જે અંદર ધીમી ગરમી વહન માટે પરવાનગી આપે છે. જ્યારે પેકેજિંગ સાધનો જટિલ તાપમાન ચક્રમાંથી પસાર થાય છે, ત્યારે ગ્રેનાઈટ બેઝ અસરકારક રીતે તાપમાનના ફેરફારોના પ્રભાવને દબાવી શકે છે અને સ્થિર તાપમાન ક્ષેત્ર જાળવી શકે છે. સંબંધિત પ્રયોગો દર્શાવે છે કે પેકેજિંગ સાધનોના સામાન્ય તાપમાન પરિવર્તન દર (જેમ કે ±5℃ પ્રતિ મિનિટ) હેઠળ, ગ્રેનાઈટ બેઝના સપાટીના તાપમાન એકરૂપતા વિચલનને ±0.1℃ ની અંદર નિયંત્રિત કરી શકાય છે, સ્થાનિક તાપમાનના તફાવતોને કારણે થર્મલ તણાવ સાંદ્રતાની ઘટનાને ટાળી શકાય છે, ખાતરી કરી શકાય છે કે વેફર સમગ્ર પેકેજિંગ પ્રક્રિયા દરમિયાન એકસમાન અને સ્થિર થર્મલ વાતાવરણમાં છે, અને થર્મલ તણાવ ઉત્પન્ન થવાના સ્ત્રોતને ઘટાડે છે.
ઉચ્ચ કઠોરતા અને વાઇબ્રેશન ડેમ્પિંગ: વેફર પેકેજિંગ સાધનોના સંચાલન દરમિયાન, અંદરના યાંત્રિક ગતિશીલ ભાગો (જેમ કે મોટર્સ, ટ્રાન્સમિશન ઉપકરણો, વગેરે) કંપન ઉત્પન્ન કરશે. જો આ કંપનો વેફરમાં પ્રસારિત થાય છે, તો તે વેફરને થર્મલ તણાવથી થતા નુકસાનને વધુ તીવ્ર બનાવશે. ગ્રેનાઈટ બેઝમાં ઉચ્ચ કઠોરતા અને ઘણી ધાતુની સામગ્રી કરતા વધુ કઠિનતા હોય છે, જે બાહ્ય સ્પંદનોના દખલનો અસરકારક રીતે પ્રતિકાર કરી શકે છે. દરમિયાન, તેની અનન્ય આંતરિક રચના તેને ઉત્તમ વાઇબ્રેશન ડેમ્પિંગ કામગીરીથી સંપન્ન કરે છે અને તેને વાઇબ્રેશન ઊર્જાને ઝડપથી વિખેરી નાખવા સક્ષમ બનાવે છે. સંશોધન ડેટા દર્શાવે છે કે ગ્રેનાઈટ બેઝ પેકેજિંગ સાધનોના સંચાલન દ્વારા ઉત્પન્ન થતા ઉચ્ચ-આવર્તન વાઇબ્રેશન (100-1000Hz) ને 60% થી 80% સુધી ઘટાડી શકે છે, કંપન અને થર્મલ તણાવના જોડાણ અસરને નોંધપાત્ર રીતે ઘટાડે છે, અને વેફર પેકેજિંગની ઉચ્ચ ચોકસાઇ અને ઉચ્ચ વિશ્વસનીયતાને વધુ સુનિશ્ચિત કરે છે.
વ્યવહારુ ઉપયોગની અસર
એક જાણીતા સેમિકન્ડક્ટર મેન્યુફેક્ચરિંગ એન્ટરપ્રાઇઝની વેફર પેકેજિંગ ઉત્પાદન લાઇનમાં, ગ્રેનાઈટ બેઝ સાથે પેકેજિંગ સાધનો રજૂ કર્યા પછી, નોંધપાત્ર સિદ્ધિઓ પ્રાપ્ત થઈ છે. પેકેજિંગ પછી 10,000 વેફરના નિરીક્ષણ ડેટાના વિશ્લેષણના આધારે, ગ્રેનાઈટ બેઝ અપનાવતા પહેલા, થર્મલ સ્ટ્રેસને કારણે વેફર વોર્પિંગનો ખામી દર 12% હતો. જો કે, ગ્રેનાઈટ બેઝ પર સ્વિચ કર્યા પછી, ખામી દર ઝડપથી ઘટીને 3% ની અંદર થઈ ગયો, અને ઉપજ દરમાં નોંધપાત્ર સુધારો થયો. વધુમાં, લાંબા ગાળાના વિશ્વસનીયતા પરીક્ષણોએ દર્શાવ્યું છે કે ઉચ્ચ તાપમાન (125℃) અને નીચા તાપમાન (-55℃) ના 1,000 ચક્ર પછી, ગ્રેનાઈટ બેઝ પેકેજ પર આધારિત ચિપના સોલ્ડર સંયુક્ત નિષ્ફળતાઓની સંખ્યામાં પરંપરાગત બેઝ પેકેજની તુલનામાં 70% ઘટાડો થયો છે, અને ચિપની કામગીરી સ્થિરતામાં ઘણો સુધારો થયો છે.

જેમ જેમ સેમિકન્ડક્ટર ટેકનોલોજી ઉચ્ચ ચોકસાઇ અને નાના કદ તરફ આગળ વધી રહી છે, તેમ વેફર પેકેજિંગમાં થર્મલ સ્ટ્રેસ કંટ્રોલ માટેની જરૂરિયાતો વધુને વધુ કડક બની રહી છે. ગ્રેનાઈટ બેઝ, ઓછા થર્મલ વિસ્તરણ ગુણાંક, થર્મલ સ્થિરતા અને કંપન ઘટાડામાં તેમના વ્યાપક ફાયદાઓ સાથે, વેફર પેકેજિંગની ગુણવત્તા સુધારવા અને થર્મલ સ્ટ્રેસની અસર ઘટાડવા માટે મુખ્ય પસંદગી બની ગયા છે. તેઓ સેમિકન્ડક્ટર ઉદ્યોગના ટકાઉ વિકાસને સુનિશ્ચિત કરવામાં વધુને વધુ મહત્વપૂર્ણ ભૂમિકા ભજવી રહ્યા છે.