SUCCESVERSLAG VAN KLANT
Optimalisatie van de productie van halfgeleiderelementen met behulp van thermische analyse en reologie
Een praktijkverslag door Dr. Christian Dreier en Dr. Sven Hüttner, ontwikkelingsingenieurs bij Vishay Semiconductor GmbH
Als het gaat om het analyseren van de mechanische eigenschappen en het visco-elastische gedrag van polymeren onder verschillende omstandigheden en het maken van betrouwbare voorspellingen over hun prestaties en duurzaamheid op de lange termijn, zijn analytische instrumenten van NETZSCH Analyzing & Testing meestal binnen handbereik.
Lees ons nieuwe succesverhaal van een klant en ontdek hoe Vishay Semiconductor GmbH de NETZSCH dynamisch-mechanische analyser (DMA) en Kinexus rotationele reometer gebruikt om de levensduur en stabiliteit te voorspellen van polymeermaterialen die worden gebruikt in halfgeleiderapparaten.
Thuis in de wereldwijde halfgeleiderindustrie
Vishay is een wereldwijd bekende fabrikant van discrete halfgeleiders en passieve elektronische componenten. Deze componenten worden gebruikt in een breed scala van elektronische schakelingen, met name in de automobiel-, industriële, consumentenelektronica- en medische markten. Zij belichamen Vishay's basis als het DNA van technologie ®.
Naast de vestiging in Selb heeft Vishay nog andere productiefaciliteiten in Duitsland. In Heilbronn bijvoorbeeld produceert Vishay Semiconductor GmbH halfgeleiders voor opto-elektronische toepassingen. Deze omvatten optische sensoren voor licht- en afstandsmeting, infrarood LED's, zenders en ontvangers en optocouplers. De zogenaamde "voorkant", die de productie van halfgeleiderchips omvat, is gevestigd in Heilbronn. De "achterkant", waar de halfgeleiderchips in pakketten worden geïntegreerd, bevindt zich onder andere in Maleisië en de Filippijnen.
Halfgeleiders die infrarood licht genereren
De TSAL4400 infraroodstraler in een traditioneel 3-mm ontwerp en een IR-LED met hoge prestaties uit de VSMA-serie worden hier als voorbeeld getoond.
Het optisch actieve deel van de component is een infrarood licht genererende halfgeleiderchip gemaakt van galliumarsenide. De elektrische verbinding wordt tot stand gebracht via een metalen strip of pootjes die worden gebruikt om contact te maken. Om de halfgeleider optimaal te beschermen tegen beschadiging, is deze ingekapseld in een polymeerverpakking.
Mechanische en visco-elastische karakterisering van polymeermaterialen
De interactie van de gebruikte materialen is erg belangrijk, zelfs bij een eenvoudige LED-component van 3 mm zoals deze, omdat dit bepalend is voor de stabiliteit van de component bij thermische en mechanische belasting en uiteindelijk voor de levensduur. Bepaalde elektronische componenten moeten temperaturen tussen -55°C en 125°C probleemloos kunnen weerstaan. Vooral bij ongevulde epoxy- of siliconenmaterialen is het belangrijk om de thermische uitzetting aan te passen, maar dit is niet altijd mogelijk. Toch moeten dergelijke materialen worden gebruikt omdat alleen deze de vereiste transparantie en de gewenste mechanische sterkte bieden. Het gebruik van vulstoffen om de mechanische eigenschappen te verbeteren zou een negatieve invloed hebben op de optische lichttransmissie.
Ons doel was om de levensduur en stabiliteit (zonder scheuren of loslaten) van de polymeermaterialen en dus van onze componenten beter te voorspellen. Deze kennis is bijzonder waardevol bij de ontwikkeling van componenten en bij de evaluatie van nieuwe materialen. Hiervoor gebruiken we de NETZSCH Kinexus Lab+ rotationele reometer en de NETZSCH DMA 242 E Artemis voor nauwkeurigere karakterisering.
DMA (Dynamische Mechanische Analyse) wordt gebruikt om parameters te bepalen zoals de elasticiteitsmodulus en Viskeuze modulusDe complexe modulus (viskeuze component), verliesmodulus of G'', is het "imaginaire" deel van de totale complexe modulus van het monster. Deze viskeuze component geeft de vloeistofachtige, of uit fase, respons van het te meten monster aan. verliesmodulus of de bijbehorende GlasovergangstemperatuurDe glasovergang is een van de belangrijkste eigenschappen van amorfe en semikristallijne materialen, zoals anorganisch glas, amorfe metalen, polymeren, farmaceutische producten en voedingsingrediënten, enz. en beschrijft het temperatuurgebied waar de mechanische eigenschappen van de materialen veranderen van hard en bros naar meer zacht, vervormbaar of rubberachtig.glasovergangstemperatuur. Daarnaast kunnen frequentie- en temperatuurafhankelijke DMA-metingen worden gebruikt om bijbehorende mastercurves op te stellen.
Voor dit doel werden monsters gemeten met onze NETZSCH Artemis DMA in een temperatuurbereik van -40°C tot +200°C in 3-punts buigmodus over verschillende frequenties.
Verdere analyse en voorspellingen met NETZSCH Proteus®
De gemeten spectra werden direct verwerkt in de NETZSCH Proteus® software om een Cole-Cole mastercurve te genereren.
Met behulp van de hoofdkromme en de tijd-temperatuurverschuivingsfactoren kan het relaxatiegedrag van het proefstuk geëxtrapoleerd worden over een lange tijdsperiode. Er wordt aangenomen dat de materiaaleigenschappen bij hoge frequenties overeenkomen met die bij lage temperaturen en omgekeerd. Op deze manier worden de materiaaleigenschappen bepaald uit de mastercurve en de verplaatsingsfactoren die gemeten worden in de software om nauwkeurigere voorspellingen te doen voor bijvoorbeeld eindige-elementensimulaties.
Met deze analyse, die rechtstreeks wordt ondersteund door de meetsoftware NETZSCH Proteus® , kunnen we tijdsafhankelijke parameters zoals het relaxatiegedrag en KruipKruip beschrijft een tijd- en temperatuurafhankelijke plastische vervorming onder een constante kracht. Wanneer een constante kracht wordt uitgeoefend op een rubbermengsel, is de initiële vervorming die wordt verkregen door het uitoefenen van de kracht niet vast. De vervorming neemt toe met de tijd.kruip in de respectieve componenten berekenen en simuleren. Deze kunnen dan ontworpen worden om zwakke punten te vermijden of om materialen met hoge prestaties te vinden.
In onze lange geschiedenis met NETZSCH instrumenten hebben we de betrouwbaarheid van de analytische instrumenten en de kwaliteit van de ondersteuning leren waarderen. Uitstekende resultaten kunnen vaak worden bereikt door spannende vragen te combineren met de hoge technische kwaliteit en expertise van het NETZSCH laboratoriumpersoneel.
Dr. Christian Dreier en Dr. Sven Hüttner, hartelijk dank voor deze interessante inzichten in jullie onderzoekswerk!