نقش ریزپودر کوراندوم سفید در مواد بستهبندی الکترونیکی
همکاران، کسانی که در زمینه مواد و بستهبندی کار میکنند، میدانند که اگرچه بستهبندی الکترونیکی چشمگیر به نظر میرسد، اما در واقع همه چیز به جزئیات مربوط میشود. مانند قرار دادن یک لباس محافظ روی یک تراشه گرانبها است. این لباس باید در برابر ضربه (مقاومت مکانیکی) مقاومت کند، گرما را دفع کند (رسانایی حرارتی) و عایق و مقاوم در برابر رطوبت باشد. نقص در هر یک از این موارد بسیار مهم است. امروز، ما بر روی یک ماده رایج اما پیچیده - میکروپودر کوراندوم سفید - تمرکز خواهیم کرد تا بررسی کنیم که چگونه این ماده کوچک نقش مهمی در این لباس محافظ ایفا میکند.
۱. بیایید ابتدا شخصیت اصلی داستان را بشناسیم: «جنگجوی سفید» با نهایت خلوص.
کورندوم سفیدبه عبارت ساده، اکسید آلومینیوم بسیار خالص (Al₂O₃) است. این ماده با کوراندوم قهوهای رایجتر مرتبط است، اما تبار آن خالصتر است. خلوص استثنایی آن به رنگ سفید، سختی بالا، مقاومت در برابر دمای بالا و خواص شیمیایی فوقالعاده پایدار آن منجر میشود و باعث میشود که عملاً تحت تأثیر هیچ چیز دیگری قرار نگیرد.
آسیاب کردن آن به صورت پودر ریز در مقیاس میکرون یا حتی نانومتر، چیزی است که ما آن را ... مینامیم.پودر کورندوم سفیداین پودر را دست کم نگیرید. در مواد بستهبندی الکترونیکی، به ویژه ترکیبات قالبگیری اپوکسی (EMC) یا مواد بستهبندی سرامیکی، این پودر چیزی بیش از یک افزودنی است؛ بلکه یک پرکننده ستونی است.
دوم. دقیقاً چه کاری در بستهبندی انجام میدهد؟
مواد بستهبندی را به عنوان یک قطعه «سیمان کامپوزیت» در نظر بگیرید که رزین، «چسب» نرم و چسبندهای است که همه چیز را در کنار هم نگه میدارد. اما چسب به تنهایی کافی نیست؛ خیلی نرم و ضعیف است و هنگام گرم شدن تجزیه میشود. اینجاست که پودر کوراندوم سفید وارد عمل میشود. مانند «سنگریزهها» و «شن» است که به سیمان اضافه میشود و عملکرد این «سیمان» را به سطح جدیدی میرساند.
در درجه اول: «کانال هدایت حرارتی» کارآمد
یک تراشه مانند یک کوره کوچک است. اگر گرما نتواند دفع شود، میتواند منجر به افت فرکانس و در بهترین حالت تأخیر یا حتی فرسودگی کامل شود. خود رزین رسانای ضعیفی برای گرما است و گرما را درون خود به دام میاندازد - وضعیتی واقعاً ناراحتکننده.
میکروپودر کوراندوم سفیدرسانایی حرارتی به طور قابل توجهی بالاتر از رزین است. هنگامی که مقدار زیادی از میکروپودر به طور یکنواخت در رزین توزیع میشود، به طور مؤثر شبکهای از "بزرگراههای حرارتی" کوچک بیشماری ایجاد میکند. گرمای تولید شده توسط تراشه به سرعت از داخل به سطح بسته از طریق این ذرات سفید کوراندوم هدایت میشود و سپس در هوا یا هیت سینک پراکنده میشود. هرچه پودر بیشتری اضافه شود و اندازه ذرات به طور بهینهتری مطابقت داشته باشد، این شبکه حرارتی متراکمتر و روانتر میشود و رسانایی حرارتی کلی (TC) مواد بستهبندی بالاتر میرود. دستگاههای پیشرفته اکنون در تلاش برای رسانایی حرارتی بالا هستند و میکروپودر سفید کوراندوم نقش اصلی را در این امر ایفا میکند.
مهارت ویژه: «کنترلکننده دقیق انبساط حرارتی»
این یک کار حیاتی است! تراشه (معمولاً سیلیکون)، ماده بستهبندی و زیرلایه (مانند PCB) همگی ضرایب انبساط حرارتی (CTE) متفاوتی دارند. به عبارت ساده، وقتی گرم میشوند، به درجات مختلفی منبسط و منقبض میشوند. اگر نرخ انبساط و انقباض ماده بستهبندی با نرخ انبساط و انقباض تراشه تفاوت قابل توجهی داشته باشد، نوسانات دما، یعنی دماهای متناوب سرد و گرم، تنش داخلی قابل توجهی ایجاد میکند. این مانند کشیدن یک تکه لباس توسط چندین نفر در جهات مختلف است. با گذشت زمان، این میتواند باعث ترک خوردن تراشه یا خرابی اتصالات لحیم شود. به این حالت "شکست ترمومکانیکی" گفته میشود.
پودر کورندوم سفید ضریب انبساط حرارتی بسیار پایینی دارد و بسیار پایدار است. افزودن آن به رزین به طور موثری ضریب انبساط حرارتی کل ماده کامپوزیت را کاهش میدهد و با تراشه سیلیکونی و زیرلایه مطابقت نزدیکی دارد. این امر تضمین میکند که مواد در طول نوسانات دما به طور هماهنگ منبسط و منقبض میشوند، که به طور قابل توجهی استرس داخلی را کاهش میدهد و به طور طبیعی قابلیت اطمینان و طول عمر دستگاه را بهبود میبخشد. این مانند یک تیم است: فقط وقتی با هم کار میکنند میتوانند کاری را انجام دهند.
مهارتهای پایه: یک «تقویتکننده استخوان» قدرتمند
رزین خالص پس از پخت، استحکام مکانیکی، سختی و مقاومت سایشی متوسطی دارد. افزودن پودر کوراندوم سفید با سختی و استحکام بالا مانند جاسازی میلیاردها "اسکلت" سخت در رزین نرم است. این امر مستقیماً سه مزیت عمده را به همراه دارد:
افزایش مدول: این ماده سفتتر و کمتر مستعد تغییر شکل است و از تراشه داخلی و سیمهای طلا بهتر محافظت میکند.
افزایش استحکام: استحکام خمشی و فشاری افزایش مییابد و به آن اجازه میدهد در برابر شوک و تنش مکانیکی خارجی مقاومت کند.
مقاومت در برابر سایش و رطوبت: سطح بستهبندی سختتر و مقاومتر در برابر سایش است. علاوه بر این، پر کردن متراکم، مسیر نفوذ رطوبت را کاهش میدهد و مقاومت در برابر رطوبت را بهبود میبخشد.
Ⅲ. فقط اضافهاش کنید؟ کنترل کیفیت کلید ماجرا است!
در این مرحله، ممکن است فکر کنید کار سادهای است - فقط تا جایی که میتوانید پودر به رزین اضافه کنید. خب، مهارت واقعی اینجاست. نوع پودری که باید اضافه شود و نحوهی اضافه کردن آن بسیار پیچیده است.
خلوص حرف آخر را میزند: گرید الکترونیکی و گرید ساینده معمولی دو چیز متفاوت هستند. به طور خاص، محتوای ناخالصیهای فلزی مانند پتاسیم (K) و سدیم (Na) باید تا سطوح بسیار پایین ppm کنترل شود. این ناخالصیها میتوانند در میدانهای الکتریکی و محیطهای مرطوب مهاجرت کنند و باعث نشت مدار یا حتی اتصال کوتاه شوند که تهدید بزرگی برای قابلیت اطمینان است. "سفید" فقط یک رنگ نیست؛ بلکه نماد خلوص است. اندازه ذرات و درجهبندی یک هنر هستند: تصور کنید اگر همه کرهها به یک اندازه بودند، ناگزیر بین آنها شکاف وجود داشت. ما باید میکروپودرها را با اندازههای مختلف "درجهبندی" کنیم تا کرههای کوچکتر شکافهای بین کرههای بزرگتر را پر کنند و به بالاترین چگالی بستهبندی دست یابند. چگالی بستهبندی بالاتر، مسیرهای رسانایی حرارتی بیشتر و کنترل بهتر ضریب انبساط حرارتی را فراهم میکند. در عین حال، اندازه ذرات نباید خیلی درشت باشد، که بر سیالیت پردازش و سطح نهایی تأثیر میگذارد؛ و نه خیلی ریز، زیرا این امر باعث ایجاد سطح وسیعی میشود و امکان جذب بیش از حد رزین را فراهم میکند، سرعت پر شدن را کاهش میدهد و هزینهها را افزایش میدهد. طراحی این توزیع اندازه ذرات یکی از اسرار اصلی هر فرمولاسیون است.
ریختشناسی و عملیات سطحی بسیار مهم هستند: شکل ذرات در حالت ایدهآل باید منظم، با مساحت مساوی و با گوشههای تیز کمتر باشد. این امر جریان خوب در رزین را تضمین میکند و تمرکز تنش را به حداقل میرساند. عملیات سطحی حتی از آن هم مهمتر است.کورندوم سفیدآبدوست است، در حالی که رزین آبگریز است، که آنها را ذاتاً ناسازگار میکند. بنابراین، سطح میکروپودر باید با یک عامل اتصال سیلان پوشانده شود و به آن یک "پوشش آلی" بدهد. به این ترتیب، پودر میتواند به طور نزدیکی با رزین ترکیب شود و از تبدیل شدن فصل مشترک به نقطه ضعفی که باعث ترک خوردن در هنگام قرار گرفتن در معرض رطوبت یا تنش میشود، جلوگیری شود.