შეუძლია თუ არა გრანიტის ფუძეს ვაფლის შესაფუთი აღჭურვილობის თერმული სტრესის აღმოფხვრა?

ვაფლის შეფუთვის ზუსტ და რთულ ნახევარგამტარული წარმოების პროცესში, თერმული სტრესი „გამანადგურებელს“ ჰგავს, რომელიც სიბნელეში იმალება და მუდმივად საფრთხეს უქმნის შეფუთვის ხარისხს და ჩიპების მუშაობას. ჩიპებსა და შესაფუთ მასალებს შორის თერმული გაფართოების კოეფიციენტების სხვაობიდან დაწყებული, შეფუთვის პროცესის დროს ტემპერატურის მკვეთრი ცვლილებებით დამთავრებული, თერმული სტრესის წარმოქმნის გზები მრავალფეროვანია, მაგრამ ყველა მიუთითებს მოსავლიანობის შემცირების შედეგზე და ჩიპების გრძელვადიან საიმედოობაზე გავლენას ახდენს. გრანიტის ფუძე, თავისი უნიკალური მასალის თვისებებით, ჩუმად ხდება ძლიერ „ასისტენტად“ თერმული სტრესის პრობლემის მოგვარებაში.
თერმული სტრესის დილემა ვაფლის შეფუთვაში
ვაფლის შეფუთვა მოიცავს მრავალი მასალის ერთობლივ მუშაობას. ჩიპები, როგორც წესი, შედგება ნახევარგამტარული მასალებისგან, როგორიცაა სილიციუმი, ხოლო შესაფუთი მასალები, როგორიცაა პლასტმასის შესაფუთი მასალები და სუბსტრატები, განსხვავდება ხარისხით. როდესაც ტემპერატურა იცვლება შეფუთვის პროცესის დროს, სხვადასხვა მასალა მნიშვნელოვნად განსხვავდება თერმული გაფართოებისა და შეკუმშვის ხარისხით თერმული გაფართოების კოეფიციენტის (CTE) მნიშვნელოვანი განსხვავებების გამო. მაგალითად, სილიკონის ჩიპების თერმული გაფართოების კოეფიციენტი დაახლოებით 2.6×10⁻⁶/℃-ია, ხოლო ჩვეულებრივი ეპოქსიდური ფისის ჩამოსხმის მასალების თერმული გაფართოების კოეფიციენტი 15-20 ×10⁻⁶/℃-მდე მაღალია. ეს უზარმაზარი უფსკრული იწვევს ჩიპისა და შესაფუთი მასალის შეკუმშვის ხარისხის ასინქრონულობას შეფუთვის შემდეგ გაგრილების ეტაპზე, რაც წარმოქმნის ძლიერ თერმულ სტრესს მათ შორის საზღვარზე. თერმული სტრესის უწყვეტი ზემოქმედების ქვეშ, ვაფლი შეიძლება დეფორმირდეს და დეფორმირდეს. მძიმე შემთხვევებში, ამან შეიძლება გამოიწვიოს ფატალური დეფექტებიც კი, როგორიცაა ჩიპების ბზარები, შედუღების შეერთების მოტეხილობა და ინტერფეისის დელამინირება, რაც იწვევს ჩიპის ელექტრული მახასიათებლების დაზიანებას და მისი მომსახურების ვადის მნიშვნელოვან შემცირებას. ინდუსტრიის სტატისტიკის მიხედვით, თერმული სტრესით გამოწვეული ვაფლის შეფუთვის დეფექტური მაჩვენებელი შეიძლება 10%-დან 15%-მდე იყოს, რაც ნახევარგამტარული ინდუსტრიის ეფექტური და მაღალი ხარისხის განვითარების შემზღუდავი ძირითადი ფაქტორია.

გრანიტის ბაზების დამახასიათებელი უპირატესობები
თერმული გაფართოების დაბალი კოეფიციენტი: გრანიტი ძირითადად შედგება მინერალური კრისტალებისგან, როგორიცაა კვარცი და ფელდშპატი, და მისი თერმული გაფართოების კოეფიციენტი უკიდურესად დაბალია, ზოგადად მერყეობს 0.6-დან 5×10⁻⁶/℃-მდე, რაც უფრო ახლოსაა სილიკონის ჩიპების კოეფიციენტთან. ეს მახასიათებელი საშუალებას იძლევა, რომ ვაფლის შესაფუთი მოწყობილობის მუშაობის დროს, ტემპერატურის რყევების დროსაც კი, გრანიტის ფუძესა და ჩიპსა და შესაფუთ მასალებს შორის თერმული გაფართოების სხვაობა მნიშვნელოვნად შემცირდეს. მაგალითად, როდესაც ტემპერატურა იცვლება 10℃-ით, გრანიტის ფუძეზე აგებული შესაფუთი პლატფორმის ზომის ვარიაცია შეიძლება შემცირდეს 80%-ზე მეტით ტრადიციულ ლითონის ფუძესთან შედარებით, რაც მნიშვნელოვნად ამსუბუქებს ასინქრონული თერმული გაფართოებითა და შეკუმშვით გამოწვეულ თერმულ სტრესს და უზრუნველყოფს ვაფლისთვის უფრო სტაბილურ საყრდენ გარემოს.
შესანიშნავი თერმული სტაბილურობა: გრანიტს აქვს გამორჩეული თერმული სტაბილურობა. მისი შიდა სტრუქტურა მკვრივია და კრისტალები მჭიდროდ არის დაკავშირებული იონური და კოვალენტური ბმებით, რაც უზრუნველყოფს ნელ თბოგამტარობას შიგნით. როდესაც შესაფუთი მოწყობილობა გადის რთულ ტემპერატურულ ციკლებს, გრანიტის ფუძე ეფექტურად თრგუნავს ტემპერატურის ცვლილებების გავლენას საკუთარ თავზე და ინარჩუნებს სტაბილურ ტემპერატურულ ველს. შესაბამისი ექსპერიმენტები აჩვენებს, რომ შესაფუთი მოწყობილობის საერთო ტემპერატურის ცვლილების სიჩქარის პირობებში (მაგალითად, ±5℃ წუთში), გრანიტის ფუძეზე ზედაპირის ტემპერატურის ერთგვაროვნების გადახრის კონტროლი შესაძლებელია ±0.1℃-ის ფარგლებში, რაც თავიდან აიცილებს ადგილობრივი ტემპერატურის სხვაობით გამოწვეული თერმული სტრესის კონცენტრაციის ფენომენს, უზრუნველყოფს, რომ ვაფლი იყოს ერთგვაროვან და სტაბილურ თერმულ გარემოში შეფუთვის პროცესის განმავლობაში და ამცირებს თერმული სტრესის წარმოქმნის წყაროს.
მაღალი სიმტკიცე და ვიბრაციის დემპინგი: ვაფლის შესაფუთი მოწყობილობის მუშაობის დროს, შიგნით არსებული მექანიკური მოძრავი ნაწილები (როგორიცაა ძრავები, გადამცემი მოწყობილობები და ა.შ.) წარმოქმნიან ვიბრაციებს. თუ ეს ვიბრაციები ვაფლზე გადაეცემა, ისინი გააძლიერებენ ვაფლის თერმული სტრესით გამოწვეულ დაზიანებას. გრანიტის ფუძეები გამოირჩევა მაღალი სიმტკიცით და სიმტკიცით, რომელიც აღემატება მეტალის მასალების უმეტესობას, რაც ეფექტურად უძლებს გარე ვიბრაციების ჩარევას. ამავდროულად, მისი უნიკალური შიდა სტრუქტურა მას ანიჭებს ვიბრაციის დემპინგის შესანიშნავ მახასიათებლებს და საშუალებას აძლევს სწრაფად გაფანტოს ვიბრაციის ენერგია. კვლევის მონაცემები აჩვენებს, რომ გრანიტის ფუძეს შეუძლია შეამციროს შესაფუთი მოწყობილობის მუშაობის შედეგად წარმოქმნილი მაღალი სიხშირის ვიბრაცია (100-1000 ჰც) 60%-დან 80%-მდე, რაც მნიშვნელოვნად ამცირებს ვიბრაციისა და თერმული სტრესის შეერთების ეფექტს და კიდევ უფრო უზრუნველყოფს ვაფლის შეფუთვის მაღალ სიზუსტეს და საიმედოობას.
პრაქტიკული გამოყენების ეფექტი
ცნობილი ნახევარგამტარების მწარმოებელი საწარმოს ვაფლის შეფუთვის წარმოების ხაზში, გრანიტის ფუძეზე დაფუძნებული შეფუთვის აღჭურვილობის დანერგვის შემდეგ, შესანიშნავი მიღწევები იქნა მიღწეული. გრანიტის ფუძეზე დანერგვამდე შეფუთვის შემდეგ 10,000 ვაფლის შემოწმების მონაცემების ანალიზის საფუძველზე, თერმული სტრესით გამოწვეული ვაფლის დეფორმაციის დეფექტის მაჩვენებელი 12% იყო. თუმცა, გრანიტის ფუძეზე გადასვლის შემდეგ, დეფექტების მაჩვენებელი მკვეთრად შემცირდა 3%-მდე და მოსავლიანობის მაჩვენებელი მნიშვნელოვნად გაუმჯობესდა. გარდა ამისა, გრძელვადიანი საიმედოობის ტესტებმა აჩვენა, რომ მაღალი ტემპერატურის (125℃) და დაბალი ტემპერატურის (-55℃) 1000 ციკლის შემდეგ, გრანიტის ფუძეზე დაფუძნებული ჩიპის შედუღების შეერთების ჩავარდნების რაოდენობა ტრადიციულ ფუძეზე დაფუძნებულ შეფუთვასთან შედარებით 70%-ით შემცირდა და ჩიპის მუშაობის სტაბილურობა მნიშვნელოვნად გაუმჯობესდა.

ნახევარგამტარული ტექნოლოგიების მაღალი სიზუსტისა და მცირე ზომისკენ განვითარებასთან ერთად, ვაფლის შეფუთვაში თერმული დაძაბულობის კონტროლის მოთხოვნები სულ უფრო მკაცრი ხდება. გრანიტის ფუძეები, დაბალი თერმული გაფართოების კოეფიციენტის, თერმული სტაბილურობისა და ვიბრაციის შემცირების ყოვლისმომცველი უპირატესობებით, ვაფლის შეფუთვის ხარისხის გაუმჯობესებისა და თერმული დაძაბულობის ზემოქმედების შემცირების ძირითად არჩევანად იქცა. ისინი სულ უფრო მნიშვნელოვან როლს ასრულებენ ნახევარგამტარული ინდუსტრიის მდგრადი განვითარების უზრუნველყოფაში.