Deutsch
Francais
Nederlands
Svenska
Norsk
Dansk
Suomi
Espanol
Italiano
Portugues
Magyar
Polski
Cestina
Русский
I dagens teknologiska landskap är halvledarförpackningar och minnesmoduler avgörande för att uppnå höga prestanda och pålitlighet i elektroniska enheter. En av de viktigaste komponenterna i dessa förpackningar är epoxilim (EMC), som spelar en central roll för att hantera termomekaniska påfrestningar som uppstår under drift och tillverkning. För att uppnå önskad hållbarhet och pålitlighet krävs en noggrant utvald sammansättning av material samt en förståelse för deras termiska och mekaniska egenskaper.
Epoxilim används för att binda ihop olika komponenter i ett minnespaket och för att säkerställa att det tål den termiska och mekaniska stress som uppstår under temperaturcykler och belastning. Det är särskilt viktigt när man överväger materialens koefficient för termisk expansion (CTE), som måste vara noggrant balanserad för att förhindra problem som delaminering och sprickbildning vid temperaturväxlingar. Användningen av låg-CTE-material kan minska risken för sådana defekter och förbättra förpackningens mekaniska hållfasthet. Dessutom, för att förhindra korrosion på bollar av guld eller koppar i högaccelererade stress tester (HAST), måste halogenerade ämnen i EMC begränsas till en viss nivå.
Förpackningar med låg hållfasthet, särskilt de som används i mobila applikationer, kan leda till allvarliga problem, som sprickor i die eller förpackningskrack i epoxilimkompositen när de utsätts för externa påfrestningar under monteringsprocessen eller vid fältapplikationer. Dessa problem är särskilt vanliga i tunna förpackningar där den mekaniska styrkan är mindre. Det är därför avgörande att noggrant bedöma förpackningens styrka redan i designfasen för att undvika framtida svagheter.
Vid bedömning av förpackningens hållbarhet är det inte bara själva materialens egenskaper som spelar roll. Förpackningens struktur, inklusive parametrar som form och placering av stanshål (TSV), har stor betydelse för hur det reagerar på yttre påfrestningar. För att förbättra kvaliteten och förhindra defekter i tillverkningsprocessen, är det viktigt att ha kontroll över flödet av icke-ledande film (NCF) under genomföringsbindning. Det har visat sig att uniformitet i detta flöde minskar risken för mikrovakuum och andra defekter som kan påverka paketets långsiktiga tillförlitlighet.
Förpackningens termiska stabilitet och förmåga att hantera temperaturcykler är också en central fråga. Epoxilimkomponentens förmåga att motstå upprepad upphettning och nedkylning utan att tappa sin funktion är avgörande för enhetens livslängd. Här spelar både materialens termiska ledningsförmåga och deras modulus en avgörande roll. EMC som används i dessa förpackningar måste vara anpassad för att minimera termiska spänningar och för att säkerställa att inga sprickor bildas under förhållanden med stora temperaturvariationer.
För användning i mobila enheter, där långvarig fysisk påfrestning på förpackningen kan uppstå genom användarens rörelser och hållning, är det nödvändigt att genomföra tester för att bedöma förpackningens mekaniska styrka vid böjning. Enligt aktuella standarder för böjtester, särskilt 3-punkts böjtester, är det viktigt att mäta de små deformationsnivåerna som kan uppstå vid användning, eftersom dessa ofta är en indikator på framtida problem som kan leda till paketmisslyckanden som cracks eller delaminering.
För att kunna förutsäga och förhindra sådana problem måste framtida förpackningar designas med tanke på robusthet vid både termiska och mekaniska påfrestningar. För att minska risken för defekter måste nästa generations minnespaket inte bara optimera de aktuella materialvalen utan också inkludera nya material med högre termisk konduktivitet och lägre CTE-värden. I detta avseende kan framtida forskning och användning av grafenmaterial, som har överlägsna egenskaper när det gäller värmeledningsförmåga och mekanisk styrka, spela en viktig roll i att förbättra tillförlitligheten för framtidens halvledare.
Det är också värt att förstå att förpackningens livslängd inte bara beror på dess initiala design och val av material, utan också på den specifika användningen och de miljöförhållanden som den utsätts för. Testresultat från verkliga förhållanden, inklusive fältapplikationer och användartester, ger en mer realistisk bild av hur förpackningen kommer att reagera över tid, vilket gör det möjligt att förutse långsiktiga problem och optimera designen för framtida generationer.
Hur påverkar lågtemperaturbehandling egenskaperna hos lödlegeringar och deras tillförlitlighet?
Vid användning av lödlegeringar i tekniska applikationer, såsom i minnesmoduler och elektroniska enheter som utsätts för extrema temperaturer, är det av yttersta vikt att förstå hur deras mekaniska och elektriska egenskaper förändras över tid och vid olika temperaturförhållanden. En särskild aspekt som har fått mycket uppmärksamhet är hur lödlegeringens styrka och pålitlighet förändras vid exponering för djupkryogeniska behandlingar (DCT). Efter 72 timmar av DCT ökade lödlegeringens styrka, medan styrkan hos intermetalliska föreningar (IMC) minskade. Denna förändring beror huvudsakligen på en mismatch i termiska expansionskoefficienter och den stresskoncentration som uppstår vid gränsytan mellan lödlegeringen och IMC.
Med en längre behandlingstid för DCT sker också en förändring i brottmode från duktilt brott inuti lödlegeringen till sprött brott vid gränssnittet mellan lödlegeringen och IMC, eller till och med inuti IMC-lagret. Indium (In), en av de mjukaste metallerna med låg smältpunkt (156,7 °C), används ofta i lödlegeringar som In-Sn, In-Sn-Ag-Zn och andra. Indiumbaserade legeringar är kända för sin goda elektriska ledningsförmåga och seghet vid låga temperaturer, vilket gör dem lämpliga för tillämpningar i kryogena miljöer, som vid djup rymdutforskning.
Trots sina fördelar har indiumbaserade lödlegeringar också sina nackdelar, såsom låg mekanisk hållfasthet i jämförelse med vanliga legeringar som Sn-Bi eller SAC. Dessutom är deras pris relativt högt, eftersom indium är en ädelmetall. För att förbättra den mekaniska hållfastheten och lödjointens tillförlitlighet tillsätts ofta andra element som koppar (Cu) eller silver (Ag), vilka kan förändra mikrostrukturen och förbättra hållbarheten. Ett exempel på en ny och lovande legering är In-48Sn, som har fördelar såsom låg smältpunkt (118 °C), god vätbarhet och hög duktilitet. Dock är In-48Sn även känslig för krypning vid högre temperaturer och har sämre prestanda vid stötbelastningar än andra lödlegeringar.
Vid djupkryogeniska tillämpningar, såsom kvantberäkningsminnen som kan vara nedsänkta i flytande kväve eller helium under lång tid, är det särskilt viktigt att lödlegeringarna behåller sina duktila egenskaper vid extremt låga temperaturer. Cryogeniska minnesenheter kräver därför lödlegeringar som kan hantera den övergång från duktilt till sprött brott vid låga temperaturer. Det innebär att materialens kemiska sammansättning och mikrostruktur måste noggrant optimeras för att bibehålla god hållfasthet och duktilitet även vid kryogena temperaturer.
Flera faktorer spelar in för att förbättra lödfogens pålitlighet. Bland dessa finns användning av ytbehandlingar som Cu-OSP (koppar med organisk ytbeläggning), som har visat sig ge högre interfacial styrka i skjuvtester jämfört med NiAu-yta. Det är också viktigt att tänka på lödlegeringens innehåll av bi-metalliska föreningar och att justera parametrarna vid lödning. Lågtemperaturlödpasta, till exempel med 20–40 % vismut (Bi), kan förbättra lödfogens pålitlighet, men detta kan innebära en avvägning då bi-metallen gör lödfogen sprödare, vilket påverkar stötprestandan negativt.
För att säkerställa högsta möjliga pålitlighet hos lödfogar i kryogena tillämpningar måste också termiska spänningar som uppstår under driftsförhållanden tas i beaktande. Därför är det väsentligt att noggrant designa lödningens geometri och applicera tillräcklig termisk dopning för att minska risken för skador på grund av termiska påfrestningar. I bilindustrin, exempelvis, rekommenderas lödfogar med Cu-OSP-yta för att säkerställa hållbarheten under tuffa förhållanden. Detta gäller även vid tillämpningar i rymdindustrin där lödningar måste motstå extrema temperaturväxlingar utan att förlora funktionalitet eller strukturell integritet.
De tekniska övervägandena för att välja lämpliga lödmaterial för kryogena minnespaket innebär att man måste balansera olika egenskaper, såsom duktilitet, krypresistens och mekanisk hållfasthet. De lödlegeringar som används för sådana applikationer måste också stå emot långsiktiga temperaturvariationer utan att riskera att spricka eller förlora sin elektriska ledningsförmåga. Att mäta och övervaka dessa egenskaper under drift är avgörande för att förhindra försämring av lödfogen och för att förutsäga långsiktig hållbarhet.
Endtext