Povestea de succes a clientului

Optimizarea producției de dispozitive semiconductoare cu ajutorul analizei termice și al reologiei

Un raport de teren realizat de Dr. Christian Dreier și Dr. Sven Hüttner, ingineri de dezvoltare la Vishay Semiconductor GmbH

Când vine vorba de analizarea proprietăților mecanice și a comportamentului viscoelastic al polimerilor în diferite condiții și de realizarea unor predicții fiabile cu privire la performanța și durabilitatea lor pe termen lung, instrumentele analitice de la NETZSCH Analyzing & Testing sunt de obicei la îndemână.

Citiți noul nostru Customer Success Story pentru a afla cum utilizează Vishay Semiconductor GmbH analizorul dinamico-mecanic (DMA) NETZSCH și reometrul rotațional Kinexus pentru a prezice durata de viață și stabilitatea materialelor polimerice utilizate în dispozitivele semiconductoare.

Figura 1: Un exemplu de domenii operaționale și aplicative pentru componentele electronice ale Vishay: Iluminatul de monitorizare a șoferului într-o mașină.
Acasă în industria globală a semiconductorilor

Vishay este un producător de renume mondial de semiconductori discreți și componente electronice pasive. Aceste componente sunt utilizate într-o gamă largă de circuite electronice, în special pe piețele auto, industrială, electronică de consum și medicală. Ei întruchipează fundația Vishay ca The DNA of tech ®.

Pe lângă unitatea de la Selb, Vishay are și alte unități de producție în Germania. În Heilbronn, de exemplu, Vishay Semiconductor GmbH produce semiconductori pentru aplicații optoelectronice. Acestea includ senzori optici pentru măsurarea luminii și a distanței, LED-uri în infraroșu, transmițătoare și receptoare și optocuploare. Așa-numitul "front end", care include producția de cipuri semiconductoare, este situat în Heilbronn. "Partea din spate", în care cipurile semiconductoare sunt integrate în pachete, se află, printre altele, în Malaezia și Filipine.

Figura 2: Un alt exemplu pentru o aplicație a componentelor electronice Vishay: Un detector de fum.

Dispozitive semiconductoare generatoare de lumină infraroșie

Emițătorul infraroșu TSAL4400 într-un design tradițional de 3 mm și un LED IR de înaltă performanță din seria VSMA sunt prezentate aici ca exemple.

Partea optic activă a componentei este un cip semiconductor generator de lumină infraroșie realizat din arsenură de galiu. Conexiunea electrică se realizează prin intermediul unei benzi sau a unor picioare metalice care sunt utilizate pentru crearea contactului. Pentru a proteja în mod optim semiconductorul de deteriorări, acesta este încapsulat într-un pachet de polimer.

Figura 3: Stânga: Componenta emițătorului infraroșu TSAL4400 de la Vishay. Învelișul albastru și picioarele benzii metalice a pachetului de 3 mm sunt clar vizibile. Dreapta: LED IR de înaltă performanță VSMA10xx într-o carcasă SMD modernă (dimensiune: 3,4 mm) cu o putere de ieșire de până la 6 W/sr.

Caracterizarea mecanică și viscoelastică a materialelor polimerice

Interacțiunea materialelor utilizate este foarte importantă, chiar și în cazul unei simple componente LED de 3 mm ca aceasta, deoarece determină stabilitatea componentei în fața solicitărilor termice și mecanice și, în cele din urmă, durata sa de viață. Anumite componente electronice trebuie să poată rezista fără probleme la temperaturi cuprinse între -55°C și 125°C. În special în cazul materialelor epoxidice sau siliconice fără umplutură, este important să se ajusteze dilatarea termică, dar acest lucru nu este întotdeauna posibil. Cu toate acestea, trebuie utilizate astfel de materiale, deoarece numai acestea oferă transparența necesară și rezistența mecanică dorită. Utilizarea de materiale de umplutură pentru îmbunătățirea proprietăților mecanice ar avea un impact negativ asupra transmisiei optice a luminii.

Obiectivul nostru a fost de a prevedea mai bine durata de viață și stabilitatea (fără fisurare sau dezlipire) materialelor polimerice și, prin urmare, a componentelor noastre. Aceste cunoștințe sunt deosebit de valoroase în dezvoltarea componentelor și în evaluarea materialelor noi. În acest scop, utilizăm reometrul rotaționalNETZSCH Kinexus Lab+ și NETZSCH DMA 242 E Artemis pentru o caracterizare mai precisă.

DMA (analiza mecanică dinamică) este utilizată pentru a determina parametri precum modulul Young și modulul de pierdere sau temperatura de tranziție vitroasă asociată. În plus, măsurătorile DMA în funcție de frecvență și temperatură pot fi utilizate pentru a stabili curbele master asociate.

În acest scop, probele au fost măsurate cu DMA-ul nostru NETZSCH Artemis într-un interval de temperatură de la -40°C la +200°C în modul de îndoire în 3 puncte pe diferite frecvențe.

Figura 4. NETZSCH DMA 242 E Artemis la sediul din Heilbronn al Vishay Semiconductor GmbH. În stânga este rezervorul pentru azotul lichid utilizat pentru răcire. În dreapta este o vedere de aproape a configurației de îndoire în trei puncte deasupra camerei de testare deschise.
Figura 5 prezintă conversia spectrelor măsurate care sunt utilizate ca bază pentru generarea curbei principale.

Analize și previziuni suplimentare cu NETZSCH Proteus®

Spectrele măsurate au fost prelucrate direct în software-ul NETZSCH Proteus® pentru a genera o curbă principală Cole-Cole.

Figura 6 prezintă curba principală Cole-Cole calculată a probei.

Folosind curba principală și factorii de deplasare timp-temperatură, comportamentul de RelaxareAtunci când se aplică o deformație constantă unui compus din cauciuc, forța necesară pentru a menține acea deformație nu este constantă, ci scade în timp; acest comportament este cunoscut sub numele de relaxare a tensiunii. Procesul responsabil pentru relaxarea tensiunilor poate fi fizic sau chimic și, în condiții normale, ambele se vor produce în același timp. relaxare al probei poate fi extrapolat pe o perioadă lungă de timp. Se presupune că proprietățile materialului la frecvențe înalte corespund celor de la temperaturi joase și viceversa. În acest fel, proprietățile materialelor sunt determinate pe baza curbei master și a factorilor de deplasare măsurați în software pentru a face predicții mai precise pentru simulările cu elemente finite, de exemplu.

Această analiză, care este susținută direct de software-ul de măsurare NETZSCH Proteus® , ne permite să calculăm și să simulăm parametrii dependenți de timp, cum ar fi comportamentul de RelaxareAtunci când se aplică o deformație constantă unui compus din cauciuc, forța necesară pentru a menține acea deformație nu este constantă, ci scade în timp; acest comportament este cunoscut sub numele de relaxare a tensiunii. Procesul responsabil pentru relaxarea tensiunilor poate fi fizic sau chimic și, în condiții normale, ambele se vor produce în același timp. relaxare și fluajul în componentele respective. Acestea pot fi apoi proiectate pentru a evita punctele slabe sau pentru a găsi materiale de înaltă performanță.

Figura 7 prezintă distribuția simulată a tensiunilor într-o carcasă. Simularea în funcție de timp se bazează pe datele furnizate de curbele principale.
Figura 8: Imagine la microscop a piesei simulate. Cipul semiconductor din mijloc, care a fost lipit în jgheabul reflector al benzii metalice, poate fi văzut clar. Contactul electric este realizat de sus cu ajutorul unui fir de aur. În timpul unui test de rezistență, firul de aur a fost îndoit deoarece materialul ambalajului evaluat s-a dovedit a fi neadecvat.

În lunga noastră istorie cu instrumentele NETZSCH, am ajuns să apreciem fiabilitatea instrumentelor analitice și calitatea asistenței. Rezultate excelente pot fi adesea obținute prin combinarea întrebărilor interesante cu calitatea tehnică ridicată și expertiza personalului de laborator NETZSCH.

Dr. Christian Dreier și Dr. Sven Hüttner, vă mulțumim foarte mult pentru aceste perspective interesante în activitatea dumneavoastră de cercetare!

Împărtășiți această poveste: