Vloga mikropraha belega korunda v elektronskih embalažnih materialih
Kolegi, ki delate na področju materialov in embalaže, vedo, da se elektronska embalaža sicer sliši impresivno, a v resnici gre za podrobnosti. Kot da bi na dragocen čip nadeli zaščitno obleko. Ta obleka mora prenesti udarce (mehanska trdnost), odvajati toploto (toplotna prevodnost) ter zagotavljati izolacijo in odpornost proti vlagi. Napake v kateri koli od teh so ključne. Danes se bomo osredotočili na pogosto uporabljen, a kompleksen material – beli korund v mikroprahu – da bi raziskali, kako ta drobna sestavina igra ključno vlogo v tej zaščitni obleki.
Ⅰ. Najprej spoznajmo protagonista: »belega bojevnika« najvišje čistosti.
Beli korundPreprosto povedano, je izjemno čist aluminijev oksid (Al₂O₃). Je soroden bolj pogostemu rjavemu korundu, vendar je njegov izvor čistejši. Zaradi izjemne čistosti ima belo barvo, visoko trdoto, odpornost na visoke temperature in izjemno stabilne kemijske lastnosti, zaradi česar nanj praktično ne vpliva nič drugega.
Mletje v mikronski ali celo nanometrski fin prah imenujemobeli korund v prahuNe podcenjujte tega prahu. V elektronskih embalažnih materialih, zlasti v epoksidnih smolah za vlivanje (EMC) ali keramičnih embalažnih materialih, je več kot le dodatek; je polnilo za stebre.
II. Kaj točno počne v embalaži?
Embalažni material si predstavljajte kot kos »kompozitnega cementa«, kjer je smola mehko, lepljivo »lepilo«, ki vse drži skupaj. Vendar samo lepilo ni dovolj; je premehko, šibko in se pri segrevanju razgradi. Tukaj pride na vrsto beli korund v prahu. Je kot »kamenčki« in »pesek«, dodani cementu, kar radikalno dvigne učinkovitost tega »cementa« na novo raven.
Predvsem: Učinkovit "kanal za prevajanje toplote"
Čip je kot majhna peč. Če se toplota ne more odvajati, lahko to v najboljšem primeru povzroči dušenje frekvence in zamik ali celo popolno izgorelost. Smola sama po sebi slabo prevaja toploto in jo zadržuje v sebi – resnično neprijetna situacija.
Mikroprah belega korundaima bistveno višjo toplotno prevodnost kot smola. Ko je velika količina mikroprahu enakomerno porazdeljena v smoli, učinkovito ustvari mrežo neštetih drobnih "toplotnih avtocest". Toplota, ki jo ustvari čip, se hitro prenese iz notranjosti na površino embalaže skozi te bele korundne delce in se nato razprši v zrak ali hladilnik. Več ko je dodanega prahu in bolj optimalno kot je usklajena velikost delcev, gostejša in bolj tekoča postane ta toplotna mreža, višja pa je skupna toplotna prevodnost (TC) embalažnega materiala. Vrhunske naprave si zdaj prizadevajo za visoko toplotno prevodnost, pri čemer ima vodilno vlogo beli korundni mikroprah.
Posebna veščina: Natančen "regulator toplotnega raztezanja"
To je ključna naloga! Čip (običajno silicijev), embalažni material in substrat (kot je tiskano vezje) imajo različne koeficiente toplotnega raztezanja (CTE). Preprosto povedano, pri segrevanju se raztezajo in krčijo v različni meri. Če se stopnje raztezanja in krčenja embalažnega materiala bistveno razlikujejo od stopenj čipa, bodo temperaturna nihanja, izmenjujoče se nizke in visoke temperature, ustvarila znatno notranjo napetost. To je podobno, kot če bi več ljudi vleklo kos oblačila v različne smeri. Sčasoma lahko to povzroči razpokanje čipa ali odpoved spajkanih spojev. Temu pravimo »termomehanska odpoved«.
Beli korund v prahu ima zelo nizek koeficient toplotnega raztezanja in je zelo stabilen. Če ga dodamo smoli, se učinkovito zniža koeficient toplotnega raztezanja celotnega kompozitnega materiala, ki se tesno ujema s silicijevim čipom in podlago. To zagotavlja, da se materiali med temperaturnimi nihanji širijo in krčijo usklajeno, kar znatno zmanjša notranje napetosti in naravno izboljša zanesljivost in življenjsko dobo naprave. To je kot ekipa: le, če delajo skupaj, lahko nekaj dosežejo.
Osnovne spretnosti: Močan "krepitelj kosti"
Po strjevanju ima čista smola povprečno mehansko trdnost, trdoto in odpornost proti obrabi. Dodajanje belega korundnega prahu z visoko trdoto in trdnostjo je kot vdelava milijard trdih "skeletov" v mehko smolo. To neposredno prinaša tri glavne prednosti:
Povečan modul: Material je bolj tog in manj nagnjen k deformacijam, kar bolje ščiti notranji čip in zlate žice.
Povečana trdnost: Povečani sta upogibna in tlačna trdnost, kar omogoča odpornost na zunanje mehanske udarce in obremenitve.
Odpornost proti obrabi in vlagi: Površina embalaže je trša in bolj odporna proti obrabi. Poleg tega gosto polnilo zmanjšuje pot prodiranja vlage in izboljšuje odpornost proti vlagi.
Ⅲ. Samo dodajte? Nadzor kakovosti je ključnega pomena!
Na tej točki se vam morda zdi preprosto – smoli dodajte čim več prahu. No, tukaj se skriva prava spretnost. Vrsta prahu, ki ga dodate, in način dodajanja sta izjemno zapletena.
Čistost je bistvo: Elektronska kakovost in navadna abrazivna kakovost sta dve različni stvari. Predvsem je treba vsebnost kovinskih nečistoč, kot sta kalij (K) in natrij (Na), nadzorovati na izjemno nizke ravni ppm. Te nečistoče se lahko selijo v električnih poljih in vlažnih okoljih, kar povzroča puščanje tokokroga ali celo kratke stike, kar je velika grožnja zanesljivosti. »Bela« ni le barva; simbolizira čistost. Velikost in granulacija delcev sta umetniška oblika: predstavljajte si, da bi bile vse krogle enake velikosti, med njimi bi neizogibno nastale vrzeli. Mikroprahove različnih velikosti moramo »gravirati« tako, da manjše krogle zapolnijo vrzeli med večjimi kroglami in dosežejo najvišjo gostoto pakiranja. Večja gostota pakiranja zagotavlja več poti toplotne prevodnosti in boljši nadzor nad koeficientom toplotnega raztezanja. Hkrati velikost delcev ne sme biti niti pregroba, kar bi vplivalo na tekočnost obdelave in površinsko obdelavo; niti prefina, saj bi to ustvarilo veliko površino in omogočilo prekomerno absorpcijo smole, kar bi zmanjšalo hitrost polnjenja in povečalo stroške. Oblikovanje te porazdelitve velikosti delcev je ena od ključnih skrivnosti vsake formulacije.
Morfologija in površinska obdelava sta ključnega pomena: oblika delcev mora biti idealno pravilna, enakomerne površine, z manj ostrimi vogalmi. To zagotavlja dober pretok smole in zmanjšuje koncentracijo napetosti. Površinska obdelava je še pomembnejša.Beli korundje hidrofilen, medtem ko je smola hidrofobna, zaradi česar sta inherentno nezdružljivi. Zato je treba površino mikroprahu prevleči s silanskim vezivnim sredstvom, ki ji da »organski premaz«. Na ta način se lahko prah tesno poveže s smolo, s čimer se prepreči, da bi vmesnik postal šibka točka, ki povzroča razpoke, ko je izpostavljen vlagi ali obremenitvi.