Asiakkaan menestystarina
Puolijohdekomponenttien tuotannon optimointi lämpöanalyysin ja reologian avulla
Vishay Semiconductor GmbH:n kehitysinsinöörien, tohtori Christian Dreierin ja tohtori Sven Hüttnerin, kenttäraportti
Kun on kyse polymeerien mekaanisten ominaisuuksien ja viskoelastisen käyttäytymisen analysoinnista eri olosuhteissa ja luotettavien ennusteiden tekemisestä niiden pitkän aikavälin suorituskyvystä ja kestävyydestä, NETZSCH Analyzing & Testingin analyysilaitteet ovat yleensä lähellä.
Lue uusi asiakastarinamme ja lue, miten Vishay Semiconductor GmbH käyttää NETZSCH dynaamis-mekaanista analysaattoria (DMA) ja Kinexus-rotaatioreometriä puolijohdelaitteissa käytettävien polymeerimateriaalien käyttöiän ja vakauden ennustamiseen.
Kotona maailmanlaajuisessa puolijohdeteollisuudessa
Vishay on maailmanlaajuisesti tunnettu erillisten puolijohteiden ja passiivisten elektroniikkakomponenttien valmistaja. Näitä komponentteja käytetään monenlaisissa elektroniikkapiireissä, erityisesti autoteollisuudessa, teollisuudessa, kuluttajaelektroniikassa ja lääketieteessä. Ne ilmentävät Vishayn perustan The DNA of tech ®.
Selbissä sijaitsevan tuotantolaitoksen lisäksi Vishaylla on myös muita tuotantolaitoksia Saksassa. Esimerkiksi Heilbronnissa Vishay Semiconductor GmbH valmistaa puolijohteita optoelektronisiin sovelluksiin. Näitä ovat esimerkiksi optiset anturit valon ja etäisyyden mittaamiseen, infrapuna-LEDit, lähettimet ja vastaanottimet sekä optoerottimet. Niin sanottu "front end", johon kuuluu puolijohdesirujen valmistus, sijaitsee Heilbronnissa. Takapää, jossa puolijohdesirut integroidaan pakkauksiin, sijaitsee muun muassa Malesiassa ja Filippiineillä.
.
Infrapunaista valoa tuottavat puolijohdekomponentit
Esimerkkeinä esitetään perinteinen 3 mm:n muotoinen TSAL4400-infrapunasäteilijä ja VSMA-sarjan tehokas IR-LED.
Komponentin optisesti aktiivinen osa on infrapunavaloa tuottava puolijohdesiru, joka on valmistettu galliumarsenidista. Sähköinen liitäntä toteutetaan kontaktin luomiseen käytettävän metalliliuskan tai -jalkojen avulla. Jotta puolijohde olisi mahdollisimman hyvin suojattu vaurioilta, se on koteloitu polymeeripakkaukseen.
Polymeerimateriaalien mekaaninen ja viskoelastinen karakterisointi
Käytettyjen materiaalien vuorovaikutus on erittäin tärkeää jopa tällaisessa yksinkertaisessa 3 mm:n LED-komponentissa, koska se määrittää komponentin vakauden lämpö- ja mekaanisen rasituksen suhteen ja lopulta sen käyttöiän. Tiettyjen elektroniikkakomponenttien on kestettävä ongelmitta lämpötiloja -55 °C:n ja 125 °C:n välillä. Erityisesti täyttämättömien epoksi- tai silikonimateriaalien kohdalla on tärkeää säätää lämpölaajenemista, mutta se ei ole aina mahdollista. Tällaisia materiaaleja on kuitenkin käytettävä, koska vain ne tarjoavat vaaditun läpinäkyvyyden ja halutun mekaanisen lujuuden. Täyteaineiden käyttö mekaanisten ominaisuuksien parantamiseksi vaikuttaisi kielteisesti optiseen valonläpäisevyyteen.
Tavoitteenamme oli ennustaa paremmin polymeerimateriaalien ja siten komponenttien käyttöikä ja vakaus (ilman halkeilua tai irtoamista). Tämä tieto on erityisen arvokasta komponenttien kehittämisessä ja uusien materiaalien arvioinnissa. Tätä varten käytämme NETZSCH Kinexus Lab+ -rotaatioreometriä ja NETZSCH DMA 242 E Artemis -mittaria tarkempaan karakterisointiin.
DMA:ta (dynaaminen mekaaninen analyysi ) käytetään sellaisten parametrien kuin Youngin moduulin ja häviömoduulin tai niihin liittyvän lasittumislämpötilan määrittämiseen. Lisäksi taajuus- ja lämpötilariippuvaisia DMA-mittauksia voidaan käyttää niihin liittyvien pääkäyrien laatimiseen.
Tätä tarkoitusta varten näytteet mitattiin NETZSCH Artemis DMA -laitteella lämpötila-alueella -40 °C:sta +200 °C:seen 3-pisteen taivutustilassa eri taajuuksilla.
Lisäanalyysi ja ennusteet osoitteessa NETZSCH Proteus®
Mitatut spektrit käsiteltiin suoraan NETZSCH Proteus® -ohjelmistolla Cole-Cole-yleiskäyrän luomiseksi.
Käyttämällä pääkäyrää ja aika-lämpötilasiirtymäkertoimia näytteen relaksaatiokäyttäytyminen voidaan ekstrapoloida pitkäksi ajaksi. Oletetaan, että materiaalin ominaisuudet korkeilla taajuuksilla vastaavat ominaisuuksia matalissa lämpötiloissa ja päinvastoin. Näin materiaaliominaisuudet määritetään master-käyrän ja ohjelmistossa mitattujen siirtymäkertoimien perusteella, jotta voidaan tehdä tarkempia ennusteita esimerkiksi äärellisten elementtien simulaatioita varten.
Tämän analyysin, jota NETZSCH Proteus® mittausohjelmisto tukee suoraan, avulla voidaan laskea ja simuloida ajasta riippuvia parametreja, kuten relaksaatiokäyttäytymistä ja virumista kyseisissä komponenteissa. Niitä voidaan sitten suunnitella heikkojen kohtien välttämiseksi tai tehokkaiden materiaalien löytämiseksi.
Pitkän kokemuksemme aikana NETZSCH laitteiden kanssa olemme oppineet arvostamaan analyysilaitteiden luotettavuutta ja tuen laatua. Erinomaisiin tuloksiin päästään usein yhdistämällä jännittävät kysymykset ja NETZSCH laboratoriohenkilökunnan korkea tekninen laatu ja asiantuntemus.
Tohtori Christian Dreier ja tohtori Sven Hüttner, kiitos paljon näistä mielenkiintoisista näkemyksistä tutkimustyössänne!