Роль мікропорошку білого корунду в електронних пакувальних матеріалах
Колеги, які працюють у сфері матеріалів та упаковки, знають, що хоча електронна упаковка звучить вражаюче, насправді все зводиться до деталей. Це як одягнути захисний костюм на дорогоцінний чіп. Цей костюм повинен витримувати удари (механічна міцність), розсіювати тепло (теплопровідність) та забезпечувати ізоляцію та вологостійкість. Недоліки будь-якого з цих факторів є вирішальними. Сьогодні ми зосередимося на поширеному, але складному матеріалі — мікропорошку білого корунду — щоб дослідити, яку роль цей крихітний інгредієнт відіграє в цьому захисному костюмі.
Ⅰ. Давайте спочатку познайомимося з головним героєм: «білим воїном» найвищої чистоти.
Білий корунд, простіше кажучи, це надзвичайно чистий оксид алюмінію (Al₂O₃). Він споріднений з більш поширеним коричневим корундом, але його походження чистіше. Його виняткова чистота надає йому білого кольору, високої твердості, стійкості до високих температур і винятково стабільних хімічних властивостей, що робить його практично непіддатливим до будь-чого іншого.
Подрібнення його на мікронний або навіть нанометровий дрібний порошок – це те, що ми називаємобілий корундовий порошокНе варто недооцінювати цей порошок. У матеріалах для електронної упаковки, особливо в епоксидних ливарних компаундах (EMC) або керамічних пакувальних матеріалах, це більше, ніж просто добавка; це наповнювач стовпів.
II. Що саме робить ця упаковка?
Уявіть собі пакувальний матеріал як шматок «композитного цементу», де смола є м’яким, липким «клеєм», який все скріплює. Але одного клею недостатньо; він занадто м’який, слабкий і руйнується при нагріванні. Саме тут на допомогу приходить білий корундовий порошок. Він ніби «камінці» та «пісок», додані до цементу, радикально піднімаючи характеристики цього «цементу» на новий рівень.
Головним чином: Ефективний «канал теплопровідності»
Чіп схожий на маленьку піч. Якщо тепло не розсіюється, це може призвести до зниження частоти та, у кращому випадку, до затримки, або навіть до повного вигорання. Сама смола погано проводить тепло, затримуючи його всередині — справді неприємна ситуація.
Мікропорошок білого корундумає значно вищу теплопровідність, ніж смола. Коли велика кількість мікропорошку рівномірно розподілена в смолі, вона ефективно створює мережу з незліченних крихітних «теплових магістралей». Тепло, що генерується чіпом, швидко передається зсередини на поверхню упаковки через ці частинки білого корунду, а потім розсіюється в повітрі або радіаторі. Чим більше порошку додається і чим оптимальніше підібраний розмір частинок, тим щільнішою та текучішою стає ця теплова мережа, і тим вищою є загальна теплопровідність (TC) пакувального матеріалу. Високоякісні пристрої зараз прагнуть досягти високої теплопровідності, і мікропорошок білого корунду відіграє в цьому провідну роль.
Спеціальна навичка: Точний «Контролер теплового розширення»
Це надзвичайно важливе завдання! Чіп (зазвичай кремнієвий), пакувальний матеріал і підкладка (наприклад, друкована плата) мають різні коефіцієнти теплового розширення (КТР). Простіше кажучи, при нагріванні вони розширюються та стискаються в різному ступені. Якщо швидкість розширення та стиснення пакувального матеріалу значно відрізняється від швидкості розширення та стиснення чіпа, коливання температури, чергування низьких та високих температур, створять значні внутрішні напруги. Це схоже на те, як кілька людей тягнуть одяг у різних напрямках. З часом це може призвести до розтріскування чіпа або виходу з ладу паяних з'єднань. Це називається «термомеханічним руйнуванням».
Білий корундовий порошок має дуже низький коефіцієнт теплового розширення та є дуже стабільним. Додавання його до смоли ефективно знижує коефіцієнт теплового розширення всього композитного матеріалу, точно підбираючи розміри кремнієвого чіпа та підкладки. Це гарантує, що матеріали розширюються та стискаються синхронно під час коливань температури, значно зменшуючи внутрішню напругу та природним чином покращуючи надійність і термін служби пристрою. Це як команда: лише коли вони працюють разом, вони можуть чогось досягти.
Базові навички: Потужний «засіб для зміцнення кісток»
Після затвердіння чиста смола має середню механічну міцність, твердість та зносостійкість. Додавання порошку білого корунду високої твердості та високої міцності подібне до вбудовування мільярдів твердих «скелетів» у м’яку смолу. Це безпосередньо дає три основні переваги:
Підвищений модуль пружності: матеріал жорсткіший і менш схильний до деформації, краще захищає внутрішній чіп і золоті дроти.
Підвищена міцність: міцність на вигин та стиск збільшується, що дозволяє йому витримувати зовнішні механічні удари та навантаження.
Стійкість до стирання та вологи: поверхня упаковки твердіша та стійкіша до зносу. Крім того, щільний наповнювач зменшує шлях проникнення вологи, покращуючи вологостійкість.
Ⅲ. Просто додайте це? Контроль якості – це ключ до успіху!
На цьому етапі ви можете подумати, що це легко — просто додайте якомога більше порошку до смоли. Що ж, саме тут і полягає справжня майстерність. Тип порошку, який потрібно додати, і спосіб його додавання надзвичайно складні.
Чистота – це головне: Електронний клас та звичайний абразивний клас – це дві різні речі. Зокрема, вміст металевих домішок, таких як калій (K) та натрій (Na), повинен контролюватися до надзвичайно низьких рівнів ppm. Ці домішки можуть мігрувати в електричних полях та вологому середовищі, спричиняючи витік у ланцюзі або навіть короткі замикання, що є серйозною загрозою для надійності. «Білий» – це не просто колір; він символізує чистоту. Розмір частинок та їх гранулярність – це форма мистецтва: уявіть, що всі сфери однакового розміру, між ними неминуче будуть проміжки. Нам потрібно «гравувати» мікропорошки різного розміру так, щоб менші сфери заповнювали проміжки між більшими сферами, досягаючи найвищої щільності упаковки. Вища щільність упаковки забезпечує більше шляхів теплопровідності та кращий контроль коефіцієнта теплового розширення. Водночас розмір частинок не повинен бути ні надто грубим, що вплине на плинність обробки та якість поверхні; ні надто дрібним, оскільки це створить велику площу поверхні та призведе до надмірного поглинання смоли, зменшуючи швидкість заповнення та збільшуючи витрати. Розробка такого розподілу розмірів частинок є одним з основних секретів кожної рецептури.
Морфологія та обробка поверхні мають вирішальне значення: форма частинок в ідеалі повинна бути правильною, рівноплощною, з меншою кількістю гострих кутів. Це забезпечує хороший плин у смолі та мінімізує концентрацію напружень. Обробка поверхні ще важливіша.Білий корундє гідрофільним, тоді як смола є гідрофобною, що робить їх за своєю суттю несумісними. Тому поверхню мікропорошка необхідно покрити силановим сполучним агентом, що надає їй «органічного покриття». Таким чином, порошок може бути щільно з'єднаний зі смолою, запобігаючи перетворенню поверхні розділу на слабку точку, яка може спричинити розтріскування під впливом вологи або навантаження.