česky english Vítejte, dnes je sobota 20. červenec 2019

Vysoce spolehlivé zalévací hmoty pro mikroelektroniku

DPS 3/2015 | Výroba - články
Autor: Stefan Burghardt, DELO

Při zajišťování vhodného zapouzdření mikroelektronických součástek, které jsou vystavovány agresivním vlivům okolního prostředí, jako jsou paliva, oleje, vibrace nebo extrémní teploty, hrají vysoce spolehlivé zalévací hmoty stále významnější úlohu. Proto byly vyvinuty vylepšené zalévací hmoty na bázi epoxidových pryskyřic vytvrzovaných anhydridy.

Hlavním přínosem nových produktů pro uživatele je to, že díky jejich optimální tekutosti, snadnému dávkování a různým možnostem vytvrzování mohou uživatelé zavést rychlejší a efektivnější výrobní procesy.

Pouzdření se provádí především v technologii COB (Chip-on-Board). Pomocí této metody jsou na desce tištěných spojů zcela nebo částečně zapouzdřeny polovodičové čipy nebo senzorové prvky. Zalévací hmota chrání montážní celky proti tepelnému a mechanickému namáhání, jakož i proti agresivnímu prostředí. Další oblasti použití zahrnují snímače nebo ovladače, příkladem může být utěsnění snímačů tlaku oleje v motorovém prostoru.

Speciální vlastnosti zajišťují vysokou spolehlivost mikroelektronických pouzder

Zalévací hmoty poskytují ideální vlastnosti pro použití v aplikacích s vysokou spolehlivostí. Tyto produkty jsou na bázi epoxidových pryskyřic, jež obsahují organické anhydridy jako tvrdidla. Smícháním základní pryskyřice se specifickými vlastnostmi, za použití pojicích prostředků a přidáním plniv, byly vytvořeny nové materiály s unikátními vlastnostmi. Speciální kruhová struktura anhydridových tvrdidel umožňuje extrémně úzké zesíťování polymeru, díky němuž je jejich teplota skelného přechodu 180 °C. Kromě toho mají tyto polymery nízké koeficienty tepelné roztažnosti mezi 18 a 25 ppm/K, takže i při vysokých teplotách může do materiálu proniknout jen malé množství kyslíku a chemikálií. To má za následek nízkou absorpci vody 0,1 hmotnostních % a velmi vysokou odolnost proti teplu a chemikáliím.

Tabulka 1 obsahuje srovnání základních vlastností nových zalévacích hmot.

tab. 1

Vynikající mechanické vlastnosti

Obr. 1 ukazuje vynikající mechanické vlastnosti zalévacích hmot po tepelném stárnutí po dobu 1 000 h při teplotě 150 °C, a dokonce i 180 °C. Na obrázku jsou znázorněny procentní změny v Youngově modulu, pevnost v tahu a prodloužení při přetržení vzhledem k počáteční hodnotě. Odchylky jsou velice malé a dokazují vysokou stabilitu mechanických hodnot za agresivních podmínek, jaká je obvykle požadována pro elektronické komponenty. I při trvalém teplotním zatížení 180 °C zůstávají mechanické vlastnosti na téměř stejně vysoké úrovni.

obr. 1, 2

Vynikající chemická odolnost

Obr. 2 znázorňuje univerzální chemickou odolnost nových zalévacích hmot. Lepené hliníkové smykové vzorky byly testovány uložením do chemických látek jako AdBlue, převodový olej ATF, motorový olej nebo motorová nafta po dobu 100 h a 1 000 h při pokojové teplotě.

Tyto podmínky skladování odpovídají požadavkům automobilové výroby kde se předpokládá vysoká úroveň kvality materiálů používaných více než 1 000 hodin. Výsledné hodnoty jsou i po uskladnění po dobu 1 000 h stále vyšší než 80 % počáteční hodnoty, což dokazuje vysokou odolnost vůči různým médiím.

Univerzální přilnavost

Dále tyto produkty vykazují velmi dobrou přilnavost k materiálům, které se v elektronice a mikroelektronice běžně používají, k nimž patří například FR4 nebo technické plasty jako PA 6.6, PPS nebo LCP.

Na obr. 3 jsou nepřehlédnutelné mimořádně vysoké hodnoty pevnosti dosahující 40 MPa a více u materiálu FR4. Hodnoty dosažené u technických plastů, například PA, PPS a PBT, jsou rovněž velmi vysoké a jsou v rozmezí od 15 do 27 MPa. Dokonce i u plastů LCP, které se lepí velmi obtížně, lze dosáhnout hodnoty alespoň 10 MPa.

obr. 3

Efektivní zpracování díky vynikajícím tokovým vlastnostem, snadnému dávkování a flexibilním parametrům vytvrzování

Vlastnosti zpracování byly speciálně navrženy a optimalizovány pro efektivní použití při výrobě mikroelektroniky.

Vynikající tokové vlastnosti

Důležitou úlohu hrají také tokové vlastnosti produktu. Nové produkty vyvinuté pro zapouzdření vytvořením hráze a zalitím (Dam&Fill) lze v technologii COB zpracovávat za mokra, takže před nanesením výplně není nutné provádět vytvrzení hráze. Hráz se vlivem teploty neroztéká a tvoří zábranu pro nízkoviskózní výplň. Lze tak připravit různé nanášecí vzory a spolehlivě je aplikovat. Proto jsou tyto tokové vlastnosti vhodné také pro částečné zapouzdření, které je často nutné například u senzorových aplikací (obr. 4).

obr. 4, 5

Hmoty používané k vytvoření hráze umožňují vytvoření velmi úzké, avšak pevné stěny. Takto lze na sebe navrstvit několik stěn (obr. 5). Hráze lze nanášet postupně bez průběžného vytvrzování. Nakonec se vytvrdí kompletní zapouzdření včetně výplně. Inovativní zalévací hmoty přinášejí zákazníkům podstatné zvýšení výrobní kapacity, neboť odpadají průběžné vytvrzovací fáze.

Kromě hmot pro zapouzdření zalitím (Dam&Fill) zahrnuje sortiment zalévacích hmot i dvě zakapávací hmoty (glob top, obr. 6). V závislosti na aplikaci lze volit mezi nízkoviskózní hmotou a viskóznějším produktem. Zakapávací hmoty umožňují díky optimalizovaným tokovým vlastnostem také částečné zapouzdření.

obr. 6

Optimalizované dávkování

Další výhodou pro výrobu je dlouhá doba zpracování trvající 48 h při pokojové teplotě. Jako referenční kritérium pro dobu zpracování obvykle slouží zvýšení viskozity o 50 % oproti počáteční hodnotě. To je pro uživatele poměrně nevýhodné, protože dávkovací parametry musí být v souladu s nárůstem viskozity upravovány tak, aby nanášecí vzor zůstával pokud možno stále stejný. Nové produkty nevykazují za celou dobu 48 h zpracování při pokojové teplotě žádné zvýšení viskozity a umožňují tedy velmi rovnoměrný nanášecí vzor. Jelikož se jejich viskozita odchyluje od původní hodnoty jen mírně, není nutné upravovat během zpracování dávkovací parametry.

obr. 7

Proměnlivé parametry vytvrzování

Další výhodu představují proměnlivé parametry vytvrzování. Zalévací hmoty lze rychle vytvrdit při teplotě 150 °C během 20 min. Vytvrzování je však možné i při mírných teplotách 125 °C po dobu 1,5 h nebo 100 °C po dobu 4,5 h. Jak je znázorněno na obrázku 8, na chemickou odolnost nemají parametry vytvrzování výrazný vliv. Uživatel má možnost tento proces pružně upravovat.

obr. 8

Ověření spolehlivosti

Funkčnost komponent zapouzdřených Zakápnutím (glob top) nebo zalitím (Dam&Fill) byla zachována i po provedení agresivních testů, jako je například uložení při teplotě 85 °C a relativní vlhkosti 85 % po dobu 3 000 h, 1 000 cyklů teplotních šoků mezi teplotami −40 až +150 °C, tři cykly v bezolovnaté přetavovací pájce o teplotě 260 °C a dodržení standardu JEDEC úrovně 1.

Definovaný počet speciálních pouzder pro zřetězené zapojení (5 ×5 mm, 25 μm zlatý drát, FR4) byl podroben testům na interní kvalifikaci. Čipy přilepené k desce plošných spojů z materiálu FR4 byly zapouzdřeny novými hmotami určenými k zakápnutí a zalití. Poté byla provedena zkouška funkčnosti jejich komponent a stabilizace pro specifické testování. Vezmeme-li jako příklad klasifikaci spolehlivosti podle standardu JEDEC MSL 1, složky byly nejprve sušeny v konvekční peci při teplotě 125 +/–5 °C po dobu 24 h a následně byly stabilizovány při teplotě 85 °C a relativní vlhkosti 85 % po dobu 168 +/–5 h. Po těchto přípravách byly složky třikrát podrobeny přetavení, přičemž po každém cyklu byla zkontrolována jejich funkčnost. Výsledek potvrzuje vynikající úroveň vlastností výrobků, neboť i po vystavení této zátěži všechny testované komponenty fungovaly správně.

Závěr

Spolehlivá ochrana mikroelektronických součástek, jež musí být schopné fungovat i v náročných provozních podmínkách, klade vysoké nároky na použité hmoty.

Nové zalévací hmoty kombinují vynikající vlastnosti materiálu, jako je chemická odolnost, mechanické vlastnosti, výborná přilnavost, lepší dávkování a tokové vlastnosti, jakož i proměnlivé parametry vytvrzování. Díky tomu mohou být výrobní postupy podstatně pružnější a efektivnější. Pro uživatele to znamená snížení výrobních nákladů a zvýšení výkonu při současném zajištění maximální kvality výrobků.

Pro více informací kontaktujte reprezentanta firmy DELO pro Českou republiku: Stefan.Burghardt@delo.de, tel.: +49 170 3834 244.

Materiál je chráněn autorskými právy.

Partneři

eipc
epci
imaps
papouch
ep
mikrozone
mcu
projectik