വേഫർ പാക്കേജിംഗ് ഉപകരണങ്ങളുടെ താപ സമ്മർദ്ദം ഇല്ലാതാക്കാൻ ഗ്രാനൈറ്റ് അടിത്തറയ്ക്ക് കഴിയുമോ?

വേഫർ പാക്കേജിംഗിന്റെ കൃത്യവും സങ്കീർണ്ണവുമായ സെമികണ്ടക്ടർ നിർമ്മാണ പ്രക്രിയയിൽ, താപ സമ്മർദ്ദം ഇരുട്ടിൽ മറഞ്ഞിരിക്കുന്ന ഒരു "ഡിസ്ട്രോയർ" പോലെയാണ്, പാക്കേജിംഗിന്റെ ഗുണനിലവാരത്തെയും ചിപ്പുകളുടെ പ്രകടനത്തെയും നിരന്തരം ഭീഷണിപ്പെടുത്തുന്നു. ചിപ്പുകളും പാക്കേജിംഗ് മെറ്റീരിയലുകളും തമ്മിലുള്ള താപ വികാസ ഗുണകങ്ങളിലെ വ്യത്യാസം മുതൽ പാക്കേജിംഗ് പ്രക്രിയയിലെ കടുത്ത താപനില മാറ്റങ്ങൾ വരെ, താപ സമ്മർദ്ദത്തിന്റെ ജനറേഷൻ പാതകൾ വൈവിധ്യപൂർണ്ണമാണ്, പക്ഷേ എല്ലാം വിളവ് നിരക്ക് കുറയ്ക്കുന്നതിന്റെയും ചിപ്പുകളുടെ ദീർഘകാല വിശ്വാസ്യതയെ ബാധിക്കുന്നതിന്റെയും ഫലത്തിലേക്ക് വിരൽ ചൂണ്ടുന്നു. ഗ്രാനൈറ്റ് ബേസ്, അതിന്റെ സവിശേഷമായ മെറ്റീരിയൽ ഗുണങ്ങളോടെ, താപ സമ്മർദ്ദത്തിന്റെ പ്രശ്നം കൈകാര്യം ചെയ്യുന്നതിൽ നിശബ്ദമായി ശക്തമായ "സഹായി"യായി മാറുകയാണ്.
വേഫർ പാക്കേജിംഗിലെ താപ സമ്മർദ്ദ പ്രതിസന്ധി
വേഫർ പാക്കേജിംഗിൽ നിരവധി വസ്തുക്കളുടെ സഹകരണ പ്രവർത്തനം ഉൾപ്പെടുന്നു. ചിപ്പുകൾ സാധാരണയായി സിലിക്കൺ പോലുള്ള സെമികണ്ടക്ടർ വസ്തുക്കളാൽ നിർമ്മിതമാണ്, അതേസമയം പ്ലാസ്റ്റിക് പാക്കേജിംഗ് മെറ്റീരിയലുകളും സബ്‌സ്‌ട്രേറ്റുകളും പോലുള്ള പാക്കേജിംഗ് മെറ്റീരിയലുകൾ ഗുണനിലവാരത്തിൽ വ്യത്യാസപ്പെട്ടിരിക്കുന്നു. പാക്കേജിംഗ് പ്രക്രിയയിൽ താപനില മാറുമ്പോൾ, താപ വികാസത്തിന്റെ ഗുണകത്തിലെ (CTE) കാര്യമായ വ്യത്യാസങ്ങൾ കാരണം വ്യത്യസ്ത വസ്തുക്കൾ താപ വികാസത്തിന്റെയും സങ്കോചത്തിന്റെയും അളവിൽ വളരെയധികം വ്യത്യാസപ്പെടുന്നു. ഉദാഹരണത്തിന്, സിലിക്കൺ ചിപ്പുകളുടെ താപ വികാസത്തിന്റെ ഗുണകം ഏകദേശം 2.6×10⁻⁶/℃ ആണ്, അതേസമയം സാധാരണ എപ്പോക്സി റെസിൻ മോൾഡിംഗ് മെറ്റീരിയലുകളുടെ താപ വികാസത്തിന്റെ ഗുണകം 15-20 ×10⁻⁶/℃ വരെ ഉയർന്നതാണ്. പാക്കേജിംഗിന് ശേഷമുള്ള തണുപ്പിക്കൽ ഘട്ടത്തിൽ ചിപ്പിന്റെയും പാക്കേജിംഗ് മെറ്റീരിയലിന്റെയും ചുരുങ്ങൽ അളവ് അസിൻക്രണസ് ആകാൻ ഈ വലിയ വിടവ് കാരണമാകുന്നു, ഇത് രണ്ടും തമ്മിലുള്ള ഇന്റർഫേസിൽ ശക്തമായ താപ സമ്മർദ്ദം സൃഷ്ടിക്കുന്നു. താപ സമ്മർദ്ദത്തിന്റെ തുടർച്ചയായ പ്രഭാവത്തിൽ, വേഫർ വികൃതമാവുകയും രൂപഭേദം വരുത്തുകയും ചെയ്യാം. കഠിനമായ കേസുകളിൽ, ചിപ്പ് വിള്ളലുകൾ, സോൾഡർ ജോയിന്റ് ഒടിവുകൾ, ഇന്റർഫേസ് ഡീലാമിനേഷൻ തുടങ്ങിയ മാരകമായ വൈകല്യങ്ങൾക്ക് പോലും ഇത് കാരണമായേക്കാം, ഇത് ചിപ്പിന്റെ വൈദ്യുത പ്രകടനത്തിന് കേടുപാടുകൾ വരുത്തുകയും അതിന്റെ സേവന ജീവിതത്തിൽ ഗണ്യമായ കുറവുണ്ടാക്കുകയും ചെയ്യും. വ്യവസായ സ്ഥിതിവിവരക്കണക്കുകൾ പ്രകാരം, താപ സമ്മർദ്ദ പ്രശ്നങ്ങൾ മൂലമുണ്ടാകുന്ന വേഫർ പാക്കേജിംഗിന്റെ വികലമായ നിരക്ക് 10% മുതൽ 15% വരെ ഉയർന്നതായിരിക്കും, ഇത് അർദ്ധചാലക വ്യവസായത്തിന്റെ കാര്യക്ഷമവും ഉയർന്ന നിലവാരമുള്ളതുമായ വികസനത്തെ നിയന്ത്രിക്കുന്ന ഒരു പ്രധാന ഘടകമായി മാറുന്നു.

ഗ്രാനൈറ്റ് അടിത്തറകളുടെ സ്വഭാവ ഗുണങ്ങൾ
കുറഞ്ഞ താപ വികാസ ഗുണകം: ഗ്രാനൈറ്റിൽ പ്രധാനമായും ക്വാർട്സ്, ഫെൽഡ്സ്പാർ തുടങ്ങിയ ധാതു പരലുകൾ അടങ്ങിയിരിക്കുന്നു, അതിന്റെ താപ വികാസ ഗുണകം വളരെ കുറവാണ്, സാധാരണയായി 0.6 മുതൽ 5×10⁻⁶/℃ വരെയാണ്, ഇത് സിലിക്കൺ ചിപ്പുകളുടേതിന് അടുത്താണ്. വേഫർ പാക്കേജിംഗ് ഉപകരണങ്ങളുടെ പ്രവർത്തന സമയത്ത്, താപനിലയിലെ ഏറ്റക്കുറച്ചിലുകൾ നേരിടുമ്പോൾ പോലും, ഗ്രാനൈറ്റ് അടിത്തറയും ചിപ്പും പാക്കേജിംഗ് വസ്തുക്കളും തമ്മിലുള്ള താപ വികാസത്തിലെ വ്യത്യാസം ഗണ്യമായി കുറയ്ക്കാൻ ഈ സ്വഭാവം സഹായിക്കുന്നു. ഉദാഹരണത്തിന്, താപനില 10℃ മാറുമ്പോൾ, ഗ്രാനൈറ്റ് അടിത്തറയിൽ നിർമ്മിച്ച പാക്കേജിംഗ് പ്ലാറ്റ്‌ഫോമിന്റെ വലുപ്പ വ്യതിയാനം പരമ്പരാഗത ലോഹ അടിത്തറയുമായി താരതമ്യപ്പെടുത്തുമ്പോൾ 80% ൽ കൂടുതൽ കുറയ്ക്കാൻ കഴിയും, ഇത് അസിൻക്രണസ് താപ വികാസവും സങ്കോചവും മൂലമുണ്ടാകുന്ന താപ സമ്മർദ്ദത്തെ വളരെയധികം ലഘൂകരിക്കുകയും വേഫറിന് കൂടുതൽ സ്ഥിരതയുള്ള പിന്തുണ അന്തരീക്ഷം നൽകുകയും ചെയ്യുന്നു.
മികച്ച താപ സ്ഥിരത: ഗ്രാനൈറ്റിന് മികച്ച താപ സ്ഥിരതയുണ്ട്. അതിന്റെ ആന്തരിക ഘടന സാന്ദ്രമാണ്, കൂടാതെ പരലുകൾ അയോണിക്, കോവാലന്റ് ബോണ്ടുകൾ വഴി അടുത്ത് ബന്ധിപ്പിച്ചിരിക്കുന്നു, ഇത് ഉള്ളിൽ മന്ദഗതിയിലുള്ള താപ ചാലകത അനുവദിക്കുന്നു. പാക്കേജിംഗ് ഉപകരണങ്ങൾ സങ്കീർണ്ണമായ താപനില ചക്രങ്ങൾക്ക് വിധേയമാകുമ്പോൾ, ഗ്രാനൈറ്റ് അടിത്തറയ്ക്ക് താപനില മാറ്റങ്ങളുടെ സ്വാധീനം ഫലപ്രദമായി അടിച്ചമർത്താനും സ്ഥിരമായ ഒരു താപനില മണ്ഡലം നിലനിർത്താനും കഴിയും. പാക്കേജിംഗ് ഉപകരണങ്ങളുടെ പൊതുവായ താപനില മാറ്റ നിരക്ക് (മിനിറ്റിൽ ±5℃ പോലുള്ളവ) പ്രകാരം, ഗ്രാനൈറ്റ് അടിത്തറയുടെ ഉപരിതല താപനില ഏകീകൃത വ്യതിയാനം ±0.1℃-നുള്ളിൽ നിയന്ത്രിക്കാൻ കഴിയുമെന്ന് പ്രസക്തമായ പരീക്ഷണങ്ങൾ കാണിക്കുന്നു, ഇത് പ്രാദേശിക താപനില വ്യത്യാസങ്ങൾ മൂലമുണ്ടാകുന്ന താപ സമ്മർദ്ദ സാന്ദ്രതയുടെ പ്രതിഭാസം ഒഴിവാക്കുന്നു, പാക്കേജിംഗ് പ്രക്രിയയിലുടനീളം വേഫർ ഒരു ഏകീകൃതവും സ്ഥിരതയുള്ളതുമായ താപ അന്തരീക്ഷത്തിലാണെന്ന് ഉറപ്പാക്കുന്നു, കൂടാതെ താപ സമ്മർദ്ദ ഉൽ‌പാദനത്തിന്റെ ഉറവിടം കുറയ്ക്കുന്നു.
ഉയർന്ന കാഠിന്യവും വൈബ്രേഷൻ ഡാംപിംഗും: വേഫർ പാക്കേജിംഗ് ഉപകരണങ്ങളുടെ പ്രവർത്തന സമയത്ത്, ഉള്ളിലെ മെക്കാനിക്കൽ ചലിക്കുന്ന ഭാഗങ്ങൾ (മോട്ടോറുകൾ, ട്രാൻസ്മിഷൻ ഉപകരണങ്ങൾ മുതലായവ) വൈബ്രേഷനുകൾ സൃഷ്ടിക്കും. ഈ വൈബ്രേഷനുകൾ വേഫറിലേക്ക് കൈമാറ്റം ചെയ്യപ്പെടുകയാണെങ്കിൽ, അവ താപ സമ്മർദ്ദം മൂലമുണ്ടാകുന്ന വേഫറിന് ഉണ്ടാകുന്ന നാശനഷ്ടങ്ങൾ തീവ്രമാക്കും. ഗ്രാനൈറ്റ് ബേസുകൾക്ക് ഉയർന്ന കാഠിന്യവും പല ലോഹ വസ്തുക്കളേക്കാളും ഉയർന്ന കാഠിന്യവുമുണ്ട്, ഇത് ബാഹ്യ വൈബ്രേഷനുകളുടെ ഇടപെടലിനെ ഫലപ്രദമായി ചെറുക്കാൻ കഴിയും. അതേസമയം, അതിന്റെ അതുല്യമായ ആന്തരിക ഘടന ഇതിന് മികച്ച വൈബ്രേഷൻ ഡാംപിംഗ് പ്രകടനം നൽകുകയും വൈബ്രേഷൻ ഊർജ്ജം വേഗത്തിൽ പുറന്തള്ളാൻ പ്രാപ്തമാക്കുകയും ചെയ്യുന്നു. ഗ്രാനൈറ്റ് ബേസിന് പാക്കേജിംഗ് ഉപകരണങ്ങളുടെ പ്രവർത്തനം വഴി ഉണ്ടാകുന്ന ഉയർന്ന ഫ്രീക്വൻസി വൈബ്രേഷൻ (100-1000Hz) 60% മുതൽ 80% വരെ കുറയ്ക്കാനും വൈബ്രേഷനും താപ സമ്മർദ്ദവും കപ്ലിംഗ് പ്രഭാവം ഗണ്യമായി കുറയ്ക്കാനും വേഫർ പാക്കേജിംഗിന്റെ ഉയർന്ന കൃത്യതയും ഉയർന്ന വിശ്വാസ്യതയും ഉറപ്പാക്കാനും കഴിയുമെന്ന് ഗവേഷണ ഡാറ്റ കാണിക്കുന്നു.
പ്രായോഗിക പ്രയോഗ പ്രഭാവം
അറിയപ്പെടുന്ന ഒരു സെമികണ്ടക്ടർ നിർമ്മാണ സംരംഭത്തിന്റെ വേഫർ പാക്കേജിംഗ് പ്രൊഡക്ഷൻ ലൈനിൽ, ഗ്രാനൈറ്റ് ബേസുകളുള്ള പാക്കേജിംഗ് ഉപകരണങ്ങൾ അവതരിപ്പിച്ചതിനുശേഷം, ശ്രദ്ധേയമായ നേട്ടങ്ങൾ കൈവരിച്ചു. ഗ്രാനൈറ്റ് ബേസ് സ്വീകരിക്കുന്നതിന് മുമ്പ്, പാക്കേജിംഗിന് ശേഷമുള്ള 10,000 വേഫറുകളുടെ പരിശോധനാ ഡാറ്റയുടെ വിശകലനത്തെ അടിസ്ഥാനമാക്കി, താപ സമ്മർദ്ദം മൂലമുണ്ടാകുന്ന വേഫർ വാർപ്പിംഗിന്റെ വൈകല്യ നിരക്ക് 12% ആയിരുന്നു. എന്നിരുന്നാലും, ഗ്രാനൈറ്റ് ബേസിലേക്ക് മാറിയതിനുശേഷം, വൈകല്യ നിരക്ക് 3%-നുള്ളിൽ കുത്തനെ കുറഞ്ഞു, വിളവ് നിരക്ക് ഗണ്യമായി മെച്ചപ്പെട്ടു. കൂടാതെ, ദീർഘകാല വിശ്വാസ്യത പരിശോധനകൾ കാണിക്കുന്നത് ഉയർന്ന താപനില (125℃) ഉം താഴ്ന്ന താപനില (-55℃) ഉം ഉള്ള 1,000 സൈക്കിളുകൾക്ക് ശേഷം, പരമ്പരാഗത ബേസ് പാക്കേജുമായി താരതമ്യപ്പെടുത്തുമ്പോൾ ഗ്രാനൈറ്റ് ബേസ് പാക്കേജിനെ അടിസ്ഥാനമാക്കിയുള്ള ചിപ്പിന്റെ സോൾഡർ ജോയിന്റ് പരാജയങ്ങളുടെ എണ്ണം 70% കുറഞ്ഞുവെന്നും ചിപ്പിന്റെ പ്രകടന സ്ഥിരത വളരെയധികം മെച്ചപ്പെട്ടുവെന്നും ആണ്.

സെമികണ്ടക്ടർ സാങ്കേതികവിദ്യ ഉയർന്ന കൃത്യതയിലേക്കും ചെറിയ വലിപ്പത്തിലേക്കും പുരോഗമിക്കുമ്പോൾ, വേഫർ പാക്കേജിംഗിലെ താപ സമ്മർദ്ദ നിയന്ത്രണത്തിനുള്ള ആവശ്യകതകൾ കൂടുതൽ കർശനമായിക്കൊണ്ടിരിക്കുകയാണ്. കുറഞ്ഞ താപ വികാസ ഗുണകം, താപ സ്ഥിരത, വൈബ്രേഷൻ കുറവ് എന്നിവയിലെ സമഗ്രമായ ഗുണങ്ങളുള്ള ഗ്രാനൈറ്റ് ബേസുകൾ, വേഫർ പാക്കേജിംഗിന്റെ ഗുണനിലവാരം മെച്ചപ്പെടുത്തുന്നതിനും താപ സമ്മർദ്ദത്തിന്റെ ആഘാതം കുറയ്ക്കുന്നതിനുമുള്ള ഒരു പ്രധാന തിരഞ്ഞെടുപ്പായി മാറിയിരിക്കുന്നു. സെമികണ്ടക്ടർ വ്യവസായത്തിന്റെ സുസ്ഥിര വികസനം ഉറപ്പാക്കുന്നതിൽ അവ വർദ്ധിച്ചുവരുന്ന പ്രധാന പങ്ക് വഹിക്കുന്നു.