Kundens framgångshistoria
Optimering av produktionen av halvledarkomponenter med hjälp av termisk analys och reologi
En fältrapport av Dr. Christian Dreier och Dr. Sven Hüttner, utvecklingsingenjörer på Vishay Semiconductor GmbH
När det gäller att analysera polymerers mekaniska egenskaper och viskoelastiska beteende under olika förhållanden och göra tillförlitliga förutsägelser om deras långsiktiga prestanda och hållbarhet, är analysinstrument från NETZSCH Analyzing & Testing vanligtvis nära till hands.
Läs vår nya Customer Success Story för att lära dig hur Vishay Semiconductor GmbH använder NETZSCH dynamisk-mekanisk analysator (DMA) och Kinexus rotationsreometer för att förutsäga livslängden och stabiliteten hos polymermaterial som används i halvledarkomponenter.
På hemmaplan i den globala halvledarindustrin
Vishay är en världsberömd tillverkare av diskreta halvledare och passiva elektroniska komponenter. Dessa komponenter används i ett brett spektrum av elektroniska kretsar, särskilt inom fordons-, industri-, konsumentelektronik- och medicinska marknader. De förkroppsligar Vishays grund som The DNA of tech ®.
Förutom anläggningen i Selb har Vishay även andra tillverkningsanläggningar i Tyskland. I Heilbronn tillverkar till exempel Vishay Semiconductor GmbH halvledare för optoelektroniska tillämpningar. Det handlar om optiska sensorer för ljus- och avståndsmätning, infraröda lysdioder, sändare och mottagare samt optokopplare. Den s.k. "front end", som omfattar produktion av halvledarchip, är belägen i Heilbronn. "Back ends", där halvledarchipsen integreras i förpackningar, finns bland annat i Malaysia och Filippinerna.
Halvledarkomponenter som genererar infrarött ljus
Som exempel visas här den infraröda emittern TSAL4400 i en traditionell 3-mm-design och en högpresterande IR-LED från VSMA-serien.
Den optiskt aktiva delen av komponenten är ett infrarött ljusgenererande halvledarchip av galliumarsenid. Den elektriska anslutningen sker via en metallremsa eller metallben som används för att skapa kontakt. För att på bästa sätt skydda halvledaren från skador är den inkapslad i en polymerförpackning.
Mekanisk och viskoelastisk karakterisering av polymera material
Samspelet mellan de material som används är mycket viktigt, även i en enkel LED-komponent på 3 mm som denna, eftersom det avgör komponentens stabilitet vid termisk och mekanisk påfrestning och i slutändan dess livslängd. Vissa elektroniska komponenter måste kunna klara temperaturer mellan -55°C och 125°C utan problem. Speciellt med ofyllda epoxi- eller silikonmaterial är det viktigt att justera den termiska expansionen, men det är inte alltid möjligt. Sådana material måste dock användas eftersom endast dessa ger den nödvändiga transparensen och den önskade mekaniska hållfastheten. Användning av fyllmedel för att förbättra de mekaniska egenskaperna skulle ha en negativ inverkan på den optiska ljusöverföringen.
Vårt mål var att bättre kunna förutsäga polymermaterialens livslängd och stabilitet (utan sprickbildning eller avskalning) och därmed våra komponenters livslängd. Denna kunskap är särskilt värdefull vid utvecklingen av komponenter och vid utvärderingen av nya material. För detta ändamål använder vi rotationsreometernNETZSCH Kinexus Lab+ och NETZSCH DMA 242 E Artemis för mer exakt karakterisering.
DMA (Dynamic Mechanical Analysis) används för att bestämma parametrar som Young's modul och ViskositetsmodulDen komplexa modulen (viskösa komponenten), förlustmodulen eller G'', är den "imaginära" delen av provets totala komplexa modul. Den viskösa komponenten indikerar det vätskeliknande, eller ur fas, svaret hos det prov som mäts. förlustmodul eller den tillhörande glasomvandlingstemperaturen. Dessutom kan frekvens- och temperaturberoende DMA-mätningar användas för att fastställa tillhörande masterkurvor.
För detta ändamål mättes prover med vår NETZSCH Artemis DMA i ett temperaturområde från -40°C till +200°C i 3-punkts böjningsläge över olika frekvenser.
Ytterligare analys och förutsägelser med NETZSCH Proteus®
De uppmätta spektrumen bearbetades direkt i programvaran NETZSCH Proteus® för att generera en Cole-Cole-masterkurva.
Med hjälp av masterkurvan och tids- och temperaturförskjutningsfaktorerna kan provets relaxationsbeteende extrapoleras över en lång tidsperiod. Det förutsätts att materialegenskaperna vid höga frekvenser motsvarar dem vid låga temperaturer och vice versa. På detta sätt bestäms materialegenskaperna från masterkurvan och de förskjutningsfaktorer som mäts i programvaran för att göra mer exakta förutsägelser för till exempel finita elementsimuleringar.
Denna analys, som stöds direkt av mätprogramvaran NETZSCH Proteus® , gör det möjligt för oss att beräkna och simulera tidsberoende parametrar som relaxationsbeteende och krypning i respektive komponenter. Dessa kan sedan konstrueras för att undvika svaga punkter eller för att hitta högpresterande material.
Under vår långa historia med NETZSCH instrument har vi lärt oss att uppskatta tillförlitligheten hos analysinstrumenten och kvaliteten på supporten. Genom att kombinera spännande frågeställningar med den höga tekniska kvaliteten och kompetensen hos NETZSCH:s laboratoriepersonal kan man ofta uppnå utmärkta resultat.
Dr. Christian Dreier och Dr. Sven Hüttner, tack så mycket för dessa intressanta inblickar i ert forskningsarbete!