Ролята на белия корундов микропрах в електронните опаковъчни материали
Колеги, работещи в областта на материалите и опаковките, знаят, че макар електронните опаковки да звучат впечатляващо, всъщност всичко е въпрос на детайли. Все едно да сложите защитен костюм върху ценен чип. Този костюм трябва да издържа на удар (механична якост), да разсейва топлината (топлопроводимост) и да осигурява изолация и устойчивост на влага. Недостатъците във всеки от тези аспекти са от решаващо значение. Днес ще се съсредоточим върху един често използван, но сложен материал – бял корундов микропрах – за да разгледаме как тази малка съставка играе ключова роля в този защитен костюм.
Ⅰ. Нека първо се запознаем с главния герой: „белият воин“ на върховна чистота.
Бял корунд, казано по-просто, е изключително чист алуминиев оксид (Al₂O₃). Той е родствен на по-разпространения кафяв корунд, но произходът му е по-чист. Изключителната му чистота му придава бял цвят, висока твърдост, устойчивост на висока температура и изключително стабилни химични свойства, което го прави практически неповлиян от нищо друго.
Смилането му на фин прах с размер на микрона или дори нанометър е това, което наричамебял корунд на прахНе подценявайте този прах. В материалите за електронни опаковки, особено епоксидните формовъчни съединения (EMC) или керамичните опаковъчни материали, той е нещо повече от добавка; той е пълнител за стълбове.
II. Какво точно прави опаковката?
Мислете за опаковъчния материал като за парче „композитен цимент“, като смолата е мекото, лепкаво „лепило“, което държи всичко заедно. Но само лепилото не е достатъчно; то е твърде меко, слабо и се разпада при нагряване. Тук се намесва бял корундов прах. Той е като „камъчетата“ и „пясъка“, добавени към цимента, което радикално повишава характеристиките на този „цимент“ на ново ниво.
Преди всичко: Ефективен „канал за топлопроводимост“
Чипът е като малка пещ. Ако топлината не може да се разсее, това може да доведе до дроселиране на честотата и забавяне в най-добрия случай или дори до пълно прегаряне. Самата смола е лош проводник на топлина, задържайки я вътре – наистина неприятна ситуация.
Микропрах от бял корундима значително по-висока топлопроводимост от смолата. Когато голямо количество микропрах е равномерно разпределено в смолата, то ефективно създава мрежа от безброй малки „термични магистрали“. Топлината, генерирана от чипа, бързо се отвежда от вътрешността към повърхността на опаковката през тези бели корундови частици и след това се разсейва във въздуха или радиатора. Колкото повече прах се добавя и колкото по-оптимално е съобразен размерът на частиците, толкова по-плътна и по-течна става тази термична мрежа и толкова по-висока е общата топлопроводимост (TC) на опаковъчния материал. Висококачествените устройства сега се стремят към висока топлопроводимост, а белият корундов микропрах играе водеща роля в това.
Специално умение: Прецизен „контролер на термично разширение“
Това е изключително важна задача! Чипът (обикновено силициев), опаковъчният материал и подложката (като например печатна платка) имат различни коефициенти на термично разширение (КТР). Казано по-просто, при нагряване те се разширяват и свиват в различна степен. Ако скоростите на разширение и свиване на опаковъчния материал се различават значително от тези на чипа, температурните колебания, редуващите се студени и високи температури, ще генерират значително вътрешно напрежение. Това е все едно няколко души да дърпат дреха в различни посоки. С течение на времето това може да доведе до напукване на чипа или повреда на споените съединения. Това се нарича „термомеханична повреда“.
Бял корунд на прах има много нисък коефициент на термично разширение и е много стабилен. Добавянето му към смолата ефективно намалява коефициента на термично разширение на целия композитен материал, като го съчетава плътно със силициевия чип и подложката. Това гарантира, че материалите се разширяват и свиват едновременно по време на температурни колебания, значително намалявайки вътрешното напрежение и естествено подобрявайки надеждността и живота на устройството. Това е като екип: само когато работят заедно, могат да постигнат нещо.
Основни умения: Мощен „укрепител за костите“
След втвърдяване, чистата смола има средна механична якост, твърдост и износоустойчивост. Добавянето на бял корундов прах с висока твърдост и висока якост е като вграждане на милиарди твърди „скелети“ в меката смола. Това директно носи три основни предимства:
Повишен модул: Материалът е по-твърд и по-малко податлив на деформация, като по-добре защитава вътрешния чип и златните проводници.
Повишена якост: Якостта на огъване и натиск се увеличава, което позволява да се издържа на външни механични удари и натоварвания.
Устойчивост на износване и влага: Повърхността на опаковката е по-твърда и по-устойчива на износване. Освен това, плътният пълнеж намалява пътя за проникване на влага, подобрявайки влагоустойчивостта.
Ⅲ. Просто го добавете? Контролът на качеството е ключов!
В този момент може би си мислите, че е лесно – просто добавете колкото можете повече прах към смолата. Е, тук се крие истинското умение. Видът прах, който да добавите, и как да го добавите, са изключително сложни.
Чистотата е най-важното: Електронният клас и обикновеният абразивен клас са две различни неща. По-специално, съдържанието на метални примеси като калий (K) и натрий (Na) трябва да се контролира до изключително ниски нива на ppm. Тези примеси могат да мигрират в електрически полета и влажни среди, причинявайки изтичане на електрическа верига или дори късо съединение, което е основна заплаха за надеждността. „Бялото“ не е просто цвят; то символизира чистота. Размерът на частиците и степента на зърненост са форма на изкуство: Представете си, че ако всички сфери са с еднакъв размер, неизбежно ще има празнини между тях. Трябва да „степенуваме“ микропрахове с различни размери, така че по-малките сфери да запълват празнините между по-големите сфери, постигайки най-висока плътност на опаковане. По-високата плътност на опаковане осигурява повече пътища за топлопроводимост и по-добър контрол на коефициента на термично разширение. В същото време размерът на частиците не трябва да бъде нито твърде едър, което би повлияло на течливостта на обработка и повърхностното покритие; нито твърде фин, тъй като това би създало голяма повърхност и би позволило прекомерно абсорбиране на смола, намалявайки скоростта на запълване и увеличавайки разходите. Проектирането на това разпределение на размера на частиците е една от основните тайни на всяка формула.
Морфологията и обработката на повърхността са от решаващо значение: формата на частиците в идеалния случай трябва да бъде правилна, с еднаква площ, с по-малко остри ъгли. Това осигурява добър поток в смолата и минимизира концентрацията на напрежение. Обработката на повърхността е още по-важна.Бял корунде хидрофилен, докато смолата е хидрофобна, което ги прави по своята същност несъвместими. Следователно, повърхността на микропраха трябва да бъде покрита със силанов свързващ агент, който ѝ придава „органично покритие“. По този начин прахът може да бъде тясно свързан със смолата, като се избягва превръщането на интерфейса в слаба точка, която причинява напукване при излагане на влага или напрежение.