Kunde-succeshistorie
Optimering af produktionen af halvlederenheder ved hjælp af termisk analyse og reologi
En feltrapport af Dr. Christian Dreier og Dr. Sven Hüttner, udviklingsingeniører hos Vishay Semiconductor GmbH
Når det drejer sig om at analysere polymerers mekaniske egenskaber og viskoelastiske opførsel under forskellige forhold og komme med pålidelige forudsigelser om deres langsigtede ydeevne og holdbarhed, er analyseinstrumenter fra NETZSCH Analyzing & Testing som regel lige ved hånden.
Læs vores nye Customer Success Story for at lære, hvordan Vishay Semiconductor GmbH bruger NETZSCH dynamisk-mekanisk analysator (DMA) og Kinexus rotationsreometer til at forudsige levetiden og stabiliteten af polymermaterialer, der anvendes i halvlederenheder.
Hjemme i den globale halvlederindustri
Vishay er en globalt anerkendt producent af diskrete halvledere og passive elektroniske komponenter. Disse komponenter anvendes i en lang række elektroniske kredsløb, især inden for bilindustrien, industrien, forbrugerelektronik og det medicinske marked. De legemliggør Vishays fundament som The DNA of tech ®.
Ud over fabrikken i Selb har Vishay også andre produktionsfaciliteter i Tyskland. I Heilbronn producerer Vishay Semiconductor GmbH f.eks. halvledere til optoelektroniske anvendelser. Disse omfatter optiske sensorer til lys- og afstandsmåling, infrarøde lysdioder, sendere og modtagere samt optokoblere. Den såkaldte "front end", som omfatter produktion af halvlederchips, ligger i Heilbronn. "Bagenden", hvor halvlederchippene integreres i pakker, ligger blandt andet i Malaysia og Filippinerne.
Halvlederenheder, der genererer infrarødt lys
Den infrarøde TSAL4400-emitter i et traditionelt 3-mm-design og en højtydende IR-LED fra VSMA-serien er vist her som eksempler.
Den optisk aktive del af komponenten er en halvlederchip, der genererer infrarødt lys, og som er fremstillet af galliumarsenid. Den elektriske forbindelse opnås via en metalstrimmel eller ben, som bruges til at skabe kontakt. For at beskytte halvlederen optimalt mod skader er den indkapslet i en polymerpakke.
Mekanisk og viskoelastisk karakterisering af polymermaterialer
Samspillet mellem de anvendte materialer er meget vigtigt, selv i en simpel 3 mm LED-komponent som denne, fordi det bestemmer komponentens stabilitet over for termisk og mekanisk StammeForvrængning beskriver en deformation af et materiale, som belastes mekanisk af en ydre kraft eller spænding. Gummiblandinger har krybeegenskaber, hvis de udsættes for en statisk belastning.belastning og i sidste ende dens levetid. Visse elektroniske komponenter skal kunne modstå temperaturer mellem -55 °C og 125 °C uden problemer. Især med ufyldte epoxy- eller silikonematerialer er det vigtigt at justere den termiske udvidelse, men det er ikke altid muligt. Sådanne materialer skal dog bruges, fordi kun disse giver den nødvendige gennemsigtighed og den ønskede mekaniske styrke. Brug af fyldstoffer for at forbedre de mekaniske egenskaber ville have en negativ indvirkning på den optiske lystransmission.
Vores mål var bedre at kunne forudsige polymermaterialernes og dermed vores komponenters levetid og stabilitet (uden revnedannelse eller afskalning). Denne viden er særlig værdifuld i udviklingen af komponenter og i evalueringen af nye materialer. Til dette formål bruger vi NETZSCH Kinexus Lab+ rotationsreometer og NETZSCH DMA 242 E Artemis til mere præcis karakterisering.
DMA (dynamisk mekanisk analyse) bruges til at bestemme parametre som Young's modul og ViskositetsmodulDet komplekse modul (viskøse komponent), tabsmodul eller G'', er den "imaginære" del af prøvens samlede komplekse modul. Denne viskøse komponent angiver den væskelignende eller ude af fase reaktion i den prøve, der måles. tabsmodul eller den tilhørende GlasovergangstemperaturGlasovergangen er en af de vigtigste egenskaber ved amorfe og semikrystallinske materialer, f.eks. uorganiske glas, amorfe metaller, polymerer, lægemidler og fødevareingredienser osv. og beskriver det temperaturområde, hvor materialernes mekaniske egenskaber ændres fra hårde og sprøde til mere bløde, deformerbare eller gummiagtige.glasovergangstemperatur. Derudover kan frekvens- og temperaturafhængige DMA-målinger bruges til at etablere tilknyttede masterkurver.
Til dette formål blev prøverne målt med vores NETZSCH Artemis DMA i et temperaturområde fra -40 °C til +200 °C i 3-punkts bøjningstilstand over forskellige frekvenser.
Yderligere analyse og forudsigelser med NETZSCH Proteus®
De målte spektre blev behandlet direkte i softwaren NETZSCH Proteus® for at generere en Cole-Cole-masterkurve.
Ved hjælp af masterkurven og tids- og temperaturforskydningsfaktorerne kan prøvens afspændingsadfærd ekstrapoleres over en lang periode. Det antages, at materialeegenskaberne ved høje frekvenser svarer til dem ved lave temperaturer og vice versa. På denne måde bestemmes materialeegenskaberne ud fra masterkurven og de forskydningsfaktorer, der måles i softwaren, for at kunne lave mere nøjagtige forudsigelser til f.eks. finite element-simuleringer.
Denne analyse, som understøttes direkte af målesoftwaren NETZSCH Proteus® , giver os mulighed for at beregne og simulere tidsafhængige parametre som f.eks. afslapningsadfærd og krybning i de respektive komponenter. Disse kan derefter designes for at undgå svage punkter eller for at finde højtydende materialer.
I vores lange historie med NETZSCH instrumenter har vi lært at sætte pris på pålideligheden af analyseinstrumenterne og kvaliteten af supporten. Fremragende resultater kan ofte opnås ved at kombinere spændende spørgsmål med den høje tekniske kvalitet og ekspertise hos laboratoriepersonalet på NETZSCH.
Dr. Christian Dreier og Dr. Sven Hüttner, mange tak for disse interessante indblik i jeres forskningsarbejde!