고객 성공 사례

열 분석 및 유변학의 도움으로 반도체 소자 생산 최적화

비쉐이 세미컨덕터의 개발 엔지니어인 크리스찬 드레이어 박사와 스벤 휴트너 박사의 현장 보고서

다양한 조건에서 폴리머의 기계적 특성과 점탄성 거동을 분석하고 장기 성능과 내구성에 대한 신뢰할 수 있는 예측을 할 때는 일반적으로 NETZSCH 분석 및 테스트의 분석 장비가 가까이 있습니다.

새로운 고객 성공 사례에서 Vishay Semiconductor GmbH가 NETZSCH 동적 기계 분석기(DMA)와 키넥서스 회전 레오미터를 사용하여 반도체 장치에 사용되는 폴리머 재료의 수명과 안정성을 예측하는 방법을 알아보세요.

그림 1: 비쉐이 전자 부품의 작동 및 응용 분야 예시: 자동차의 운전자 모니터링 조명.
글로벌 반도체 산업의 본고장

비쉐이는 세계적으로 유명한 디스크리트 반도체 및 수동 전자 부품 제조업체입니다. 이러한 부품은 특히 자동차, 산업, 소비자 가전 및 의료 시장에서 광범위한 전자 회로에 사용됩니다. 이러한 부품은 Vishay의 기반인 ' 기술의 DNA' 구현합니다.

비쉐이는 셀브 공장 외에도 독일에 다른 제조 시설을 보유하고 있습니다. 예를 들어 하일브론에 위치한 Vishay Semiconductor GmbH는 광전자 애플리케이션용 반도체를 생산합니다. 여기에는 빛과 거리 측정을 위한 광학 센서, 적외선 LED, 송신기 및 수신기, 광 커플러가 포함됩니다. 반도체 칩 생산을 포함하는 이른바 '프론트 엔드'는 하일브론에 위치해 있습니다. 반도체 칩을 패키지로 통합하는 "백 엔드"는 말레이시아와 필리핀 등지에 있습니다.

그림 2: Vishay의 전자 부품을 적용한 또 다른 예입니다: 연기 감지기.

적외선 발광 반도체 장치

여기에는 전통적인 3mm 디자인의 TSAL4400 적외선 이미터와 VSMA 시리즈의 고성능 IR LED가 예시로 나와 있습니다.

구성 요소의 광학 활성 부분은 갈륨 비소로 만들어진 적외선 발광 반도체 칩입니다. 전기 연결은 접촉을 만드는 데 사용되는 금속 스트립 또는 다리를 통해 이루어집니다. 반도체가 손상되지 않도록 최적으로 보호하기 위해 폴리머 패키지로 캡슐화되어 있습니다.

그림 3: 왼쪽: Vishay의 TSAL4400 적외선 방출기 부품. 파란색 케이스와 3mm 패키지의 금속 스트립 다리가 선명하게 보입니다. 오른쪽: 최대 6W/sr의 출력 전력을 제공하는 최신 SMD 케이스(크기: 3.4mm)의 VSMA10xx 고성능 LED IR LED.

폴리머 재료의 기계적 및 점탄성 특성 분석

사용되는 재료의 상호 작용은 열 및 기계적 스트레스에 대한 부품의 안정성과 궁극적으로 서비스 수명을 결정하기 때문에 3mm의 간단한 LED 부품에서도 매우 중요합니다. 특정 전자 부품은 -55°C에서 125°C 사이의 온도를 문제 없이 견딜 수 있어야 합니다. 특히 비충진 에폭시 또는 실리콘 소재의 경우 열팽창을 조절하는 것이 중요하지만 이것이 항상 가능한 것은 아닙니다. 그러나 이러한 재료만이 필요한 투명성과 원하는 기계적 강도를 제공하기 때문에 이러한 재료를 사용해야 합니다. 기계적 특성을 개선하기 위해 필러를 사용하면 광학 광 투과율에 부정적인 영향을 미칠 수 있습니다.

우리의 목표는 폴리머 소재와 부품의 수명과 안정성(균열이나 디본딩 없이)을 더 잘 예측하는 것이었습니다. 이러한 지식은 부품 개발과 신소재 평가에 특히 유용합니다. 이를 위해 키넥서스에서는 보다 정밀한 특성 분석을 위해 회전식 레오미터인NETZSCH Kinexus Lab+와 NETZSCH DMA 242 E Artemis를 사용합니다.

DMA(동적 기계 분석) 는 영 계수 및 손실 계수 또는 관련 유리 전이 온도와 같은 파라미터를 결정하는 데 사용됩니다. 또한 주파수 및 온도에 따른 DMA 측정을 사용하여 관련 마스터 곡선을 설정할 수 있습니다.

이를 위해 다양한 주파수에 걸쳐 3점 굽힘 모드에서 -40°C ~ +200°C의 온도 범위에서 NETZSCH Artemis DMA로 샘플을 측정했습니다.

그림 4. 비쉐이 세미컨덕터의 하일브론 공장에 있는 NETZSCH DMA 242 E 아르테미스. 왼쪽은 냉각에 사용되는 액체 질소 탱크입니다. 오른쪽은 개방형 테스트 챔버 위에 있는 3점 굽힘 설정의 클로즈업 뷰입니다.
그림 5는 마스터 커브 생성의 기초로 사용되는 측정된 스펙트럼의 변환을 보여줍니다.

NETZSCH 을 통한 추가 분석 및 예측 Proteus®

측정된 스펙트럼은 NETZSCH Proteus® 소프트웨어에서 직접 처리하여 콜-콜 마스터 곡선을 생성했습니다.

그림 6은 샘플의 계산된 콜-콜 마스터 곡선을 보여줍니다.

마스터 곡선과 시간-온도 변화 계수를 사용하여 시료의 이완 거동을 장시간에 걸쳐 추정할 수 있습니다. 고주파에서의 재료 특성은 저온에서의 재료 특성과 일치하고 그 반대의 경우도 마찬가지라고 가정합니다. 이러한 방식으로, 예를 들어 유한 요소 시뮬레이션을 보다 정확하게 예측하기 위해 마스터 커브와 소프트웨어에서 측정된 변위 계수를 통해 재료 특성을 결정합니다.

NETZSCH Proteus® 측정 소프트웨어에서 직접 지원하는 이 분석을 통해 각 구성 요소의 이완 거동 및 크리프와 같은 시간 의존적 파라미터를 계산하고 시뮬레이션할 수 있습니다. 이를 통해 약점을 피하거나 고성능 소재를 찾을 수 있도록 설계할 수 있습니다.

그림 7은 케이스 내 시뮬레이션된 응력 분포를 보여줍니다. 시간에 따른 시뮬레이션은 마스터 커브가 제공하는 데이터를 기반으로 합니다.
그림 8: 시뮬레이션한 부품의 현미경 이미지. 금속 스트립의 반사판 홈통에 접착된 가운데의 반도체 칩을 선명하게 볼 수 있습니다. 전기 접촉은 금선을 사용하여 위에서부터 이루어집니다. 스트레스 테스트 중에 평가된 패키지 재료가 부적합한 것으로 판명되어 금선이 구부러졌습니다.

NETZSCH 기기의 오랜 역사를 통해 우리는 분석 기기의 신뢰성과 지원의 품질을 높이 평가하게 되었습니다. 흥미로운 질문과 NETZSCH 실험실 직원의 높은 기술 품질 및 전문성을 결합하면 종종 우수한 결과를 얻을 수 있습니다.

크리스티안 드레이어 박사와 스벤 휘트너 박사, 연구 작업에서 흥미로운 통찰력을 제공해 주셔서 대단히 감사합니다!

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