Новгородские учёные разработали «умный» столик для снижения брака в производстве микросхем

Команда учёных Новгородского государственного университета им. Ярослава Мудрого разработала столик для разварки кристаллов на подложке. Это устройство, призванное решить одну из главных скрытых проблем в производстве современной микроэлектроники — микросмещения деталей и тепловой стресс компонентов при сборке, сообщил ТАСС наставник команды, преподаватель кафедры проектирования и технологии радиоаппаратуры НовГУ Алексей Саплев. По его словам, использование столика сокращает вибрации и брак, экономя дорогие расходники.

«Представьте себе современный процессор или датчик в вашем смартфоне. Сердце этого устройства — крошечный кремниевый кристалл, на котором вытравлены миллиарды транзисторов. Но сам по себе этот процессор бесполезен, пока его не подключат к „внешнему миру“ — плате или подложке. Разварка кристаллов — это процесс прокладывания „электрических мостов“. Инженеры соединяют микроскопические контактные точки на самом кремниевом чипе с металлическими ножками его защитного корпуса. Делается это с помощью тончайших металлических нитей — микропроводников из золота или алюминия, которые тоньше человеческого волоса. То есть, если сам кристалл — это суперкомпьютер, то разварка — это прокладывание сотен невидимых глазу кабелей интернета к нему. Если хоть один проводник отойдёт или припаяется криво, вся система превратится в „кирпич“», — пояснил Саплев.

По его словам, этот процедура критически важен в авиастроении, ракетостроении, производстве медицинского оборудования, автомобильной электроники и создании оптических систем — везде, где микросхемы должны функционировать безупречно в условиях больших перегрузок.

При производстве микросхем у стандартных монтажных столиков часто нет систем подогрева и вакуумной фиксации. В процессе ультразвуковой сварки возникают сильные микровибрации. Из‑за них незакреплённые детали смещаются на доли микрона, что делает качественную разварку невозможной. Помимо этого, если нагревать полупроводники неравномерно, они испытывают термический стресс и разрушаются. Как результат — высокий процент брака и неоправданный перерасход дорогостоящих материалов.

«Мы создали специализированный столик, который решает обе проблемы. Детали прочно фиксируются на столике с помощью вакуума, что полностью исключает функция смещения. Кроме того, девайс плавно и равномерно прогревает рабочую зону. Корпус столика выполнен из специально подобранного алюминия. Он лёгкий, недорогой и распределяет тепло без „холодных зон“. За нагрев отвечают сверхнадёжные нихромовые ТЭНы, а температуру с точностью до градуса контролирует промышленный регулятор „Термодат 16E6“ с высокочувствительным датчиком. Для идеального теплового контакта датчик „посажен“ на специальный термоцемент», — рассказал студент Политехнического института НовГУ Иван Гордеев.

Он отметил, что устройство получилось универсальным: на него нанесены специальные риски‑направляющие, позволяющие функционировать с подложками от 2 до 6 дюймов. Столик готов принимать как тугоплавкие вольфрам и молибден, так и хрупкие пьезокристаллы или оптический сапфир. Наличие канавок значительно упрощает ручное позиционирование по сравнению с импортными аналогами.

«Сейчас на рынке представлены два варианта аналогичных решений, но оба компромиссные. Простые отечественные аналоги — доступные, но не имеют вакуумного прижима и систем подогрева. Западные бренды обладают вакуумом и высокой точностью, но их цена кусается — самые бюджетные модели стартуют от 1,5 тыс. долларов. Наша разработка объединяет сверхточную плоскость поверхности с доступностью и возможностью глубокой настройки под нужды конкретного российского заказчика», — пояснил Гордеев.

На данный момент создана полноценная 3D‑модель столика, на которой просчитано распределение тепла. Собран действующий шаблон, демонстрирующий работу вакуумного прижима. В планах разработчиков — провести комплексную апробацию прибора и подготовить его к серийному выпуску.