क्या ग्रेनाइट बेस वेफर पैकेजिंग उपकरण के लिए थर्मल तनाव को खत्म कर सकता है?

वेफर पैकेजिंग की सटीक और जटिल सेमीकंडक्टर निर्माण प्रक्रिया में, ऊष्मीय तनाव एक छिपे हुए "विनाशक" की तरह है, जो पैकेजिंग की गुणवत्ता और चिप्स के प्रदर्शन को लगातार खतरे में डालता है। चिप्स और पैकेजिंग सामग्री के बीच ऊष्मीय विस्तार गुणांक में अंतर से लेकर पैकेजिंग प्रक्रिया के दौरान तापमान में होने वाले तीव्र परिवर्तनों तक, ऊष्मीय तनाव के उत्पन्न होने के कई कारण हैं, लेकिन इन सभी का परिणाम उत्पादन दर में कमी और चिप्स की दीर्घकालिक विश्वसनीयता पर प्रभाव के रूप में सामने आता है। ग्रेनाइट बेस, अपने अद्वितीय भौतिक गुणों के साथ, ऊष्मीय तनाव की समस्या से निपटने में एक शक्तिशाली "सहायक" के रूप में उभर रहा है।
वेफर पैकेजिंग में थर्मल तनाव की समस्या
वेफर पैकेजिंग में कई सामग्रियों का सहयोगात्मक कार्य शामिल होता है। चिप्स आमतौर पर सिलिकॉन जैसे अर्धचालक पदार्थों से बने होते हैं, जबकि प्लास्टिक पैकेजिंग सामग्री और सब्सट्रेट जैसी पैकेजिंग सामग्री की गुणवत्ता भिन्न-भिन्न होती है। पैकेजिंग प्रक्रिया के दौरान तापमान में परिवर्तन होने पर, विभिन्न सामग्रियों के तापीय विस्तार गुणांक (CTE) में महत्वपूर्ण अंतर के कारण उनके तापीय विस्तार और संकुचन की मात्रा में बहुत भिन्नता आती है। उदाहरण के लिए, सिलिकॉन चिप्स का तापीय विस्तार गुणांक लगभग 2.6×10⁻⁶/℃ होता है, जबकि सामान्य एपॉक्सी रेज़िन मोल्डिंग सामग्रियों का तापीय विस्तार गुणांक 15-20 ×10⁻⁶/℃ तक होता है। इस भारी अंतर के कारण पैकेजिंग के बाद शीतलन चरण के दौरान चिप और पैकेजिंग सामग्री के संकुचन की मात्रा समकालिक नहीं होती है, जिससे दोनों के बीच की सतह पर तीव्र तापीय तनाव उत्पन्न होता है। तापीय तनाव के निरंतर प्रभाव के कारण, वेफर मुड़ सकता है और विकृत हो सकता है। गंभीर मामलों में, यह चिप में दरारें, सोल्डर जॉइंट में फ्रैक्चर और इंटरफ़ेस डीलेमिनेशन जैसी घातक खराबी भी पैदा कर सकता है, जिसके परिणामस्वरूप चिप के विद्युत प्रदर्शन को नुकसान पहुंचता है और इसकी सेवा अवधि में काफी कमी आती है। उद्योग के आंकड़ों के अनुसार, थर्मल स्ट्रेस की समस्याओं के कारण वेफर पैकेजिंग की दोषपूर्ण दर 10% से 15% तक हो सकती है, जो सेमीकंडक्टर उद्योग के कुशल और उच्च-गुणवत्ता वाले विकास को बाधित करने वाला एक प्रमुख कारक बन जाता है।

ग्रेनाइट बेस के विशिष्ट लाभ
कम तापीय प्रसार गुणांक: ग्रेनाइट मुख्य रूप से क्वार्ट्ज और फेल्डस्पार जैसे खनिज क्रिस्टलों से बना होता है, और इसका तापीय प्रसार गुणांक अत्यंत कम होता है, जो आमतौर पर 0.6 से 5×10⁻⁶/℃ तक होता है, जो सिलिकॉन चिप्स के तापीय प्रसार गुणांक के लगभग बराबर है। इस विशेषता के कारण वेफर पैकेजिंग उपकरण के संचालन के दौरान, तापमान में उतार-चढ़ाव होने पर भी, ग्रेनाइट बेस और चिप तथा पैकेजिंग सामग्री के बीच तापीय प्रसार का अंतर काफी कम हो जाता है। उदाहरण के लिए, तापमान में 10℃ के परिवर्तन पर, ग्रेनाइट बेस पर निर्मित पैकेजिंग प्लेटफॉर्म के आकार में होने वाली भिन्नता पारंपरिक धातु बेस की तुलना में 80% से अधिक कम हो जाती है, जिससे अतुल्यकालिक तापीय प्रसार और संकुचन के कारण होने वाला तापीय तनाव काफी हद तक कम हो जाता है और वेफर के लिए अधिक स्थिर सहायक वातावरण प्रदान होता है।
उत्कृष्ट तापीय स्थिरता: ग्रेनाइट में असाधारण तापीय स्थिरता होती है। इसकी आंतरिक संरचना सघन होती है और क्रिस्टल आयनिक और सहसंयोजक बंधों द्वारा आपस में घनिष्ठ रूप से जुड़े होते हैं, जिससे इसके भीतर ऊष्मा का संचरण धीमा होता है। पैकेजिंग उपकरण में तापमान के जटिल चक्रों के दौरान, ग्रेनाइट आधार तापमान परिवर्तनों के प्रभाव को प्रभावी ढंग से कम कर सकता है और एक स्थिर तापमान क्षेत्र बनाए रख सकता है। संबंधित प्रयोगों से पता चलता है कि पैकेजिंग उपकरण के सामान्य तापमान परिवर्तन दर (जैसे ±5℃ प्रति मिनट) के तहत, ग्रेनाइट आधार की सतह के तापमान की एकरूपता में विचलन को ±0.1℃ के भीतर नियंत्रित किया जा सकता है, जिससे स्थानीय तापमान अंतरों के कारण होने वाले तापीय तनाव संकेंद्रण की समस्या से बचा जा सकता है। इससे यह सुनिश्चित होता है कि पैकेजिंग प्रक्रिया के दौरान वेफर एक समान और स्थिर तापीय वातावरण में रहे और तापीय तनाव उत्पन्न होने के स्रोत को कम किया जा सके।
उच्च कठोरता और कंपन अवमंदन: वेफर पैकेजिंग उपकरण के संचालन के दौरान, अंदर के यांत्रिक गतिशील पुर्जे (जैसे मोटर, संचरण उपकरण आदि) कंपन उत्पन्न करते हैं। यदि ये कंपन वेफर तक पहुंचते हैं, तो वेफर पर ऊष्मीय तनाव के कारण होने वाली क्षति को बढ़ा देते हैं। ग्रेनाइट बेस में उच्च कठोरता होती है और इसकी कठोरता कई धातु पदार्थों से भी अधिक होती है, जो बाहरी कंपनों के प्रभाव को प्रभावी ढंग से रोक सकती है। साथ ही, इसकी अनूठी आंतरिक संरचना इसे उत्कृष्ट कंपन अवमंदन क्षमता प्रदान करती है और कंपन ऊर्जा को तेजी से क्षीण करने में सक्षम बनाती है। शोध आंकड़ों से पता चलता है कि ग्रेनाइट बेस पैकेजिंग उपकरण के संचालन से उत्पन्न उच्च आवृत्ति कंपन (100-1000 हर्ट्ज) को 60% से 80% तक कम कर सकता है, जिससे कंपन और ऊष्मीय तनाव के संयुक्त प्रभाव में उल्लेखनीय कमी आती है और वेफर पैकेजिंग की उच्च परिशुद्धता और उच्च विश्वसनीयता सुनिश्चित होती है।
व्यावहारिक अनुप्रयोग प्रभाव
एक प्रसिद्ध सेमीकंडक्टर निर्माता कंपनी की वेफर पैकेजिंग उत्पादन लाइन में ग्रेनाइट बेस वाले पैकेजिंग उपकरण लगाने के बाद उल्लेखनीय उपलब्धियां हासिल की गई हैं। पैकेजिंग के बाद 10,000 वेफर्स के निरीक्षण आंकड़ों के विश्लेषण के आधार पर, ग्रेनाइट बेस अपनाने से पहले, थर्मल स्ट्रेस के कारण वेफर में विकृति की दर 12% थी। हालांकि, ग्रेनाइट बेस पर स्विच करने के बाद, यह दर घटकर 3% से भी कम हो गई और उत्पादन दर में उल्लेखनीय सुधार हुआ। इसके अलावा, दीर्घकालिक विश्वसनीयता परीक्षणों से पता चला है कि उच्च तापमान (125℃) और निम्न तापमान (-55℃) के 1,000 चक्रों के बाद, ग्रेनाइट बेस पैकेज पर आधारित चिप के सोल्डर जॉइंट विफलताओं की संख्या पारंपरिक बेस पैकेज की तुलना में 70% तक कम हो गई है और चिप की प्रदर्शन स्थिरता में काफी सुधार हुआ है।

जैसे-जैसे सेमीकंडक्टर तकनीक उच्च परिशुद्धता और छोटे आकार की ओर अग्रसर हो रही है, वेफर पैकेजिंग में थर्मल स्ट्रेस नियंत्रण की आवश्यकताएं और भी सख्त होती जा रही हैं। ग्रेनाइट बेस, अपने कम थर्मल विस्तार गुणांक, थर्मल स्थिरता और कंपन में कमी जैसे व्यापक लाभों के कारण, वेफर पैकेजिंग की गुणवत्ता में सुधार और थर्मल स्ट्रेस के प्रभाव को कम करने के लिए एक प्रमुख विकल्प बन गए हैं। वे सेमीकंडक्टर उद्योग के सतत विकास को सुनिश्चित करने में महत्वपूर्ण भूमिका निभा रहे हैं।