Valge korundi mikropulbri roll elektroonilistes pakkematerjalides
Kolleegid, materjalide ja pakenditega töötavad inimesed teavad, et kuigi elektroonikapakendid kõlavad muljetavaldavalt, on tegelikult kõik detailides. See on nagu kaitseriietuse panemine väärtuslikule kiibile. See riietus peab vastu pidama löökidele (mehaaniline tugevus), hajutama soojust (soojusjuhtivus) ning pakkuma isolatsiooni ja niiskuskindlust. Kõigi nende puuduste esinemine on ülioluline. Täna keskendume levinud, kuid keerulisele materjalile – valgele korundi mikropulbrile –, et uurida, kuidas see pisike koostisosa mängib selles kaitseriietuses olulist rolli.
Ⅰ. Tutvume kõigepealt peategelasega: ülima puhtusega „valge sõdalasega“.
Valge korundLihtsamalt öeldes on see äärmiselt puhas alumiiniumoksiid (Al₂O₃). See on suguluses levinuma pruuni korundiga, kuid selle päritolu on puhtam. Selle erakordne puhtus annab sellele valge värvuse, suure kõvaduse, kõrge temperatuurikindluse ja erakordselt stabiilsed keemilised omadused, mistõttu see on praktiliselt millegi muu suhtes mõjutamatu.
Selle jahvatamist mikroni- või isegi nanomeetri suuruseks peeneks pulbriks nimetame mevalge korundipulberÄrge alahinnake seda pulbrit. Elektrooniliste pakkematerjalide, eriti epoksüüdvormimismasside (EMC) või keraamiliste pakkematerjalide puhul on see enamat kui lihtsalt lisaaine; see on samba täiteaine.
II. Mida see pakendis täpselt teeb?
Mõelge pakkematerjalist kui „komposiittsemendi“ tükist, kus vaik on pehme ja kleepuv „liim“, mis hoiab kõike koos. Kuid ainuüksi liimist ei piisa; see on liiga pehme, nõrk ja laguneb kuumutamisel. Siin tulebki mängu valge korundipulber. See on nagu tsemendile lisatud „veeris“ ja „liiv“, mis tõstavad selle „tsemendi“ toimivuse radikaalselt uuele tasemele.
Peamiselt: efektiivne „soojusjuhtivuskanal“
Kiip on nagu väike ahi. Kui soojust ei saa hajutada, võib see parimal juhul viia sageduse piiramiseni ja viivituseni või isegi täieliku läbipõlemiseni. Vaik ise on halb soojusjuht, mis hoiab soojust enda sees – tõeliselt ebamugav olukord.
Valge korundi mikropulberon oluliselt kõrgema soojusjuhtivusega kui vaigul. Kui suur kogus mikropulbrit vaigus ühtlaselt jaotatakse, loob see tõhusalt lugematute pisikeste "soojusmagistraalide" võrgustiku. Kiibi tekitatud soojus juhitakse kiiresti pakendi sisemusest läbi nende valgete korundiosakeste pakendi pinnale ja seejärel hajub õhku või jahutusradiaatorisse. Mida rohkem pulbrit lisatakse ja mida optimaalsemalt osakeste suurus sobitatakse, seda tihedamaks ja voolavamaks see soojusvõrgustik muutub ning seda suurem on pakkematerjali üldine soojusjuhtivus (TC). Tipptasemel seadmed püüdlevad nüüd suure soojusjuhtivuse poole ja valge korundi mikropulbril on selles juhtiv roll.
Erioskus: täpne "soojuspaisumise regulaator"
See on ülioluline ülesanne! Kiibil (tavaliselt räni), pakkematerjalil ja aluspinnal (näiteks trükkplaadil) on kõik erinevad soojuspaisumistegurid (CTE). Lihtsamalt öeldes, kuumutamisel nad paisuvad ja tõmbuvad kokku erineval määral. Kui pakkematerjali paisumis- ja kokkutõmbumiskiirused erinevad oluliselt kiibi omadest, tekitavad temperatuurikõikumised ehk vahelduvad külmad ja kuumad temperatuurid märkimisväärset sisemist pinget. See on nagu mitu inimest tõmbaksid riideeset eri suundades. Aja jooksul võib see põhjustada kiibi pragunemist või jooteühenduste purunemist. Seda nimetatakse "termomehaaniliseks rikkeks".
Valge korundipulber on väga madala soojuspaisumistegur ja väga stabiilne. Selle lisamine vaigule vähendab tõhusalt kogu komposiitmaterjali soojuspaisumistegurut, sobitades ränikiibi ja aluspinna omavahel tihedalt kokku. See tagab, et materjalid paisuvad ja tõmbuvad temperatuurikõikumiste ajal ühtlaselt kokku, vähendades oluliselt sisemist pinget ning parandades loomulikult seadme töökindlust ja eluiga. See on nagu meeskond: ainult koos töötades saavad nad midagi saavutada.
Põhioskused: võimas „luude tugevdaja“
Pärast kõvenemist on puhtal vaigul keskmine mehaaniline tugevus, kõvadus ja kulumiskindlus. Suure kõvaduse ja tugevusega valge korundipulbri lisamine on nagu miljardite kõvade "skelettide" lisamine pehmesse vaiku. See toob kaasa kolm peamist eelist:
Suurem moodul: materjal on jäigem ja vähem altid deformatsioonile, kaitstes paremini sisemist kiipi ja kuldtraate.
Suurem tugevus: Painde- ja survetugevus on suurenenud, mis võimaldab sellel taluda väliseid mehaanilisi lööke ja pingeid.
Kulumis- ja niiskuskindlus: Pakendi pind on kõvem ja kulumiskindlam. Lisaks vähendab tihe täidis niiskuse läbitungimise teed, parandades niiskuskindlust.
Ⅲ. Lihtsalt lisa see sisse? Kvaliteedikontroll on võtmetähtsusega!
Praegusel hetkel võite arvata, et see on lihtne – lisage vaigule lihtsalt nii palju pulbrit kui võimalik. Aga siin peitubki tegelik oskus. Lisatava pulbri tüüp ja selle lisamise viis on äärmiselt keerulised.
Puhtus on kõige olulisem: elektroonikaklass ja tavaline abrasiivklass on kaks eri asja. Eelkõige tuleb metalliliste lisandite, näiteks kaaliumi (K) ja naatriumi (Na), sisaldust kontrollida äärmiselt madala ppm tasemeni. Need lisandid võivad elektriväljades ja niiskes keskkonnas migreeruda, põhjustades vooluringi lekkeid või isegi lühiseid, mis on suur oht töökindlusele. „Valge” ei ole lihtsalt värv; see sümboliseerib puhtust. Osakeste suurus ja granulatsioon on kunstivorm: kujutage ette, et kui kõik sfäärid oleksid sama suured, tekiksid nende vahel paratamatult tühimikud. Peame erineva suurusega mikropulbreid „granuleerima” nii, et väiksemad sfäärid täidaksid suuremate sfääride vahelised tühimikud, saavutades suurima pakkimistiheduse. Suurem pakkimistihedus tagab rohkem soojusjuhtivuse radasid ja parema kontrolli soojuspaisumisteguri üle. Samal ajal ei tohiks osakeste suurus olla ei liiga jäme, mis mõjutaks töötlemise voolavust ja pinnaviimistlust; ega liiga peen, kuna see tekitaks suure pinna ja võimaldaks vaigu liigset imendumist, vähendades täitekiirust ja suurendades kulusid. Selle osakeste suurusjaotuse kujundamine on iga koostise üks peamisi saladusi.
Morfoloogia ja pinnatöötlus on üliolulised: osakeste kuju peaks ideaalis olema korrapärane, võrdse pindalaga ja vähemate teravate nurkadega. See tagab vaigus hea voolavuse ja minimeerib pingete kontsentratsiooni. Pinnatöötlus on veelgi olulisem.Valge korundon hüdrofiilne, samas kui vaik on hüdrofoobne, mis muudab need loomupäraselt kokkusobimatuks. Seetõttu tuleb mikropulbri pind katta silaani sidestusainega, mis annab sellele „orgaanilise katte“. Sel viisil saab pulbri vaiguga tihedalt ühendada, vältides liidese muutumist nõrgaks kohaks, mis põhjustab niiskuse või pingega kokkupuutel pragunemist.