Historia de éxito de un cliente

Optimización de la producción de dispositivos semiconductores con ayuda del análisis térmico y la reología

Informe de campo del Dr. Christian Dreier y el Dr. Sven Hüttner, ingenieros de desarrollo de Vishay Semiconductor GmbH

Cuando se trata de analizar las propiedades mecánicas y el comportamiento viscoelástico de los polímeros en diversas condiciones y realizar predicciones fiables sobre su rendimiento y durabilidad a largo plazo, los instrumentos analíticos de NETZSCH Analyzing & Testing suelen estar a mano.

Lea nuestro nuevo caso de éxito de cliente para saber cómo Vishay Semiconductor GmbH utiliza el analizador dinámico-mecánico (DMA) NETZSCH y el reómetro rotacional Kinexus para predecir la vida útil y la estabilidad de los materiales poliméricos empleados en dispositivos semiconductores.

Figura 1: Ejemplo de áreas operativas y de aplicación de los componentes electrónicos de Vishay: Iluminación de control del conductor en un automóvil.
En casa en la industria mundial de semiconductores

Vishay es un fabricante de semiconductores discretos y componentes electrónicos pasivos de renombre mundial. Estos componentes se emplean en una amplia gama de circuitos electrónicos, especialmente en los mercados de la automoción, la industria, la electrónica de consumo y la medicina. Encarnan la fundación de Vishay como el ADN de la tecnología ®.

Además de su planta de Selb, Vishay cuenta con otras instalaciones de fabricación en Alemania. En Heilbronn, por ejemplo, Vishay Semiconductor GmbH produce semiconductores para aplicaciones optoelectrónicas. Entre ellos figuran sensores ópticos para medición de luz y distancia, LED infrarrojos, transmisores y receptores y optoacopladores. La denominada "parte delantera", que incluye la producción de chips semiconductores, se encuentra en Heilbronn. El "back end", donde los chips semiconductores se integran en paquetes, se encuentra en Malasia y Filipinas, entre otros lugares.

Figura 2: Otro ejemplo de aplicación de los componentes electrónicos de Vishay: Un detector de humo.

Dispositivos semiconductores generadores de luz infrarroja

Aquí se muestran como ejemplos el emisor de infrarrojos TSAL4400 en diseño tradicional de 3 mm y un LED IR de alto rendimiento de la serie VSMA.

La parte ópticamente activa del componente es un chip semiconductor generador de luz infrarroja fabricado con arseniuro de galio. La conexión eléctrica se realiza mediante una tira o patas metálicas que sirven para crear el contacto. Para proteger de forma óptima el semiconductor de posibles daños, se encapsula en un envoltorio de polímero.

Figura 3: Izquierda: Componente emisor de infrarrojos TSAL4400 de Vishay. Se aprecian claramente la carcasa azul y las patas de la tira metálica del encapsulado de 3 mm. Derecha: LED IR de alto rendimiento VSMA10xx en una moderna carcasa SMD (tamaño: 3,4 mm) con una potencia de salida de hasta 6 W/sr.

Caracterización mecánica y viscoelástica de materiales poliméricos

La interacción de los materiales utilizados es muy importante, incluso en un simple componente LED de 3 mm como éste, porque determina la estabilidad del componente frente a las tensiones térmicas y mecánicas y, en última instancia, su vida útil. Determinados componentes electrónicos deben poder soportar sin problemas temperaturas de entre -55 °C y 125 °C. Especialmente con materiales epoxídicos o de silicona sin relleno, es importante ajustar la dilatación térmica, pero esto no siempre es posible. Sin embargo, estos materiales deben utilizarse porque sólo ellos proporcionan la transparencia necesaria y la resistencia mecánica deseada. El uso de materiales de relleno para mejorar las propiedades mecánicas tendría un impacto negativo en la transmisión óptica de la luz.

Nuestro objetivo era predecir mejor la vida útil y la estabilidad (sin fisuras ni despegues) de los materiales poliméricos y, por tanto, de nuestros componentes. Este conocimiento es especialmente valioso en el desarrollo de componentes y en la evaluación de nuevos materiales. Para ello, utilizamos el reómetro rotacionalNETZSCH Kinexus Lab+ y el NETZSCH DMA 242 E Artemis para una caracterización más precisa.

ElDMA (Análisis Mecánico Dinámico ) se utiliza para determinar parámetros como el módulo de Young y el Módulo viscosoEl módulo complejo (componente viscoso), módulo de pérdida o G'', es la parte "imaginaria" del módulo complejo global de la muestra. Este componente viscoso indica la respuesta líquida, o fuera de fase, de la muestra que se está midiendo. módulo de pérdida o la temperatura de transición vítrea asociada. Además, las mediciones DMA dependientes de la frecuencia y la temperatura pueden utilizarse para establecer las curvas maestras asociadas.

Con este fin, se midieron muestras con nuestro NETZSCH Artemis DMA en un intervalo de temperaturas de -40°C a +200°C en modo de flexión en 3 puntos a lo largo de varias frecuencias.

Figura 4. El NETZSCH DMA 242 E Artemis en la planta de Heilbronn de Vishay Semiconductor GmbH. A la izquierda, el depósito de nitrógeno líquido utilizado para la refrigeración. A la derecha, un primer plano de la instalación de flexión en tres puntos sobre la cámara de ensayo abierta.
La figura 5 muestra la conversión de los espectros medidos que se utilizan como base para la generación de la curva maestra.

Otros análisis y predicciones con NETZSCH Proteus®

Los espectros medidos se procesaron directamente en el software NETZSCH Proteus® para generar una curva maestra Cole-Cole.

La figura 6 muestra la curva maestra Cole-Cole calculada de la muestra.

Utilizando la curva maestra y los factores de desplazamiento tiempo-temperatura, se puede extrapolar el comportamiento de RelajaciónCuando se aplica una tensión constante a un compuesto de caucho, la fuerza necesaria para mantener esa tensión no es constante, sino que disminuye con el tiempo; este comportamiento se conoce como relajación de tensiones. El proceso responsable de la relajación de tensiones puede ser físico o químico y, en condiciones normales, ambos ocurrirán al mismo tiempo. relajación de la muestra durante un largo período de tiempo. Se supone que las propiedades del material a altas frecuencias corresponden a las de bajas temperaturas y viceversa. De este modo, las propiedades del material se determinan a partir de la curva maestra y los factores de desplazamiento medidos en el software, con el fin de realizar predicciones más precisas para simulaciones de elementos finitos, por ejemplo.

Este análisis, que se apoya directamente en el software de medición NETZSCH Proteus® , permite calcular y simular parámetros dependientes del tiempo, como el comportamiento de RelajaciónCuando se aplica una tensión constante a un compuesto de caucho, la fuerza necesaria para mantener esa tensión no es constante, sino que disminuye con el tiempo; este comportamiento se conoce como relajación de tensiones. El proceso responsable de la relajación de tensiones puede ser físico o químico y, en condiciones normales, ambos ocurrirán al mismo tiempo. relajación y la fluencia en los respectivos componentes. De este modo, pueden diseñarse para evitar puntos débiles o encontrar materiales de alto rendimiento.

La figura 7 muestra la distribución de esfuerzos simulada dentro de una carcasa. La simulación en función del tiempo se basa en los datos que proporcionan las curvas maestras.
Figura 8: Imagen microscópica de la pieza simulada. Se puede ver claramente el chip semiconductor del centro, que se pegó en el canal reflector de la tira metálica. El contacto eléctrico se realiza desde arriba con la ayuda de un hilo de oro. Durante una prueba de resistencia, el alambre de oro se dobló porque el material del paquete evaluado resultó ser inadecuado.

En nuestra larga historia con los instrumentos de NETZSCH, hemos llegado a apreciar la fiabilidad de los instrumentos analíticos y la calidad de la asistencia. A menudo se obtienen resultados excelentes combinando preguntas apasionantes con la alta calidad técnica y la experiencia del personal del laboratorio NETZSCH.

Dr. Christian Dreier y Dr. Sven Hüttner, ¡muchas gracias por estas interesantes aportaciones a su trabajo de investigación!

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