Paketlerin, altlıkların ve interposer'ların boyutları büyüdükçe paketlerde ve elektronik panellerde eğilme artıyor. Bu durum, paketleme şirketlerini yalnızca eğilmeyi azaltmakla yetinmek yerine termal genleşmeyi telafi edebilecek malzemeleri test etmeye yöneltiyor. Yaklaşımlardan biri, sıcaklık yükseldiğinde büzülen veya genleşmeyi sınırlayan negatif termal genleşme katsayısına (NTE) sahip malzemeleri kullanmak ve bunları kalıplama bileşiklerinde ve alt dolgu (underfill) malzemelerinde kullanılan epoksi reçinelerle karıştırmaktır.
Temel sorun, farklı termal genleşme katsayılarına sahip malzemeler temas ettiğinde ortaya çıkar. Isıtıldıklarında her bileşen kendine özgü bir hızla genleşmeye çalışır; ancak katmanlar arasındaki yapışma, bunların bağımsız biçimde hareket etmesini engeller. Böylece paketin veya panelin bükülmesine yol açan gerilimler oluşur. Bağlanma alanı büyüdükçe kenarlardaki bağlantıların zayıflama veya arızalanma olasılığı da artar. Eğilme, üretim ekipmanlarının çalışmasını engelleyecek kadar büyük olabilir; Amkor'dan Knowlton Olmstead'in açıkladığı üzere, eğilme yüksek olduğunda vakumlu sabitleme araçları iyi bir vakum sağlayamayabilir.
Sorun neden daha acil hale geliyor?
Paketlerin, interposer'ların ve panellerin büyütülmesi gelişmiş paketleme eğilimlerinin bir parçasıdır; ancak bu, sürecin silikon, altlık ve kalıplama bileşiği arasındaki mekanik farklara duyarlılığını artırır. Amkor'dan Mike Kelly'ye göre eğilme bazen silikon inceltilerek azaltılabilir; ancak bu, termal gücü yönetmek için daha fazla kalınlık korunması gerekliliğiyle çelişebilir.
Cam gibi yeni malzemelerle birlikte zorluk da artıyor. Synopsys'ten Lang Lin'e göre bugün eğilme mikrometre birimleriyle ifade edilirken, daha büyük cam panellerde bu değer milimetrelere ulaşabilir. Dolayısıyla konu yalnızca bir malzeme bileşiminde biçimsel bir iyileştirme değil; hizalamayı, birleştirmeyi ve üretim verimini etkileyebilecek süreç sınırlarıyla ilgilidir.
Negatif genleşme malzemeleri nasıl çalışır?
Gerçekten negatif termal genleşme gösteren malzemeler vardır; ancak davranışları belirli sıcaklık aralıklarıyla sınırlı olabilir veya bir faz değişimiyle ilişkili olabilir. Benzer bir etki, başka bir malzemenin hareketini kısıtlayan bir ağ veya matris kullanılarak da elde edilebilir. Buradaki fikir, iç yapının çevrelenen malzemenin serbestçe genleşmesine izin vermemesi ve moleküler hareketi, toplam genleşmenin azalacağı veya sınırlı bir büzülmeye dönüşeceği şekilde yeniden yönlendirebilmesidir.
Bu yaklaşım, kimyasal bileşim kadar dolgu yapısına da odaklanır. House-of-cards veya rigid-rod gibi ağlar farklı sertlik dereceleri sağlar ve malzemenin akışını etkiler. Ayrıca bileşenlerin bir araya getirilme ve kimyasal olarak işlevlendirilme biçimi nihai davranışlarını belirler. Mitsubishi Chemical Group'tan Sanjiv Bhatt, konunun tek bir malzemenin özelliğinden ziyade bir ağ veya yapı sorunu olduğunu açıkladı.
Sonuç, mutlaka sıfır genleşme katsayısına sahip bir malzeme üretmek değildir. Amaç, kalıplama bileşiğinin genleşme katsayısını kalıp, altlık ve kaplanan malzemenin genleşme katsayılarına yaklaştıracak şekilde ayarlamaktır. Böylece genleşmeyi tamamen ortadan kaldırmaya çalışmak yerine termal uyumsuzluk ve gerilim birikimi azaltılabilir.
Araştırmadan ticari kullanıma
Negatif termal genleşme malzemeleri hâlâ sınırlıdır. Brewer Science'tan Luke Prenger, β-eucryptite'in bazı seramik araçlarda kullanıldığını belirtirken, zirconium tungstate bazı kalıplama bileşikleri ve alt dolgu malzemelerinde katkı maddesi olarak kullanılır. Üç boyutlu negatif genleşmeye sahip organik malzemelerin tasarlanması daha da zordur; zira bu davranışı gösteren polimerler bunu tek bir boyutta göstermeye eğilimlidir. Bu nedenle inorganik katkılar çözümün temel bir parçasıdır.
Mitsubishi Chemical Group, termal genleşme katsayısını özelleştirmek için epoksi reçinelerle karıştırılabilen bir inorganik malzeme sunmaya başladı; malzeme reçineyle önceden karıştırılmış biçimde de bulunuyor. Bu, teknolojinin henüz kapsamlı bir endüstriyel benimsemeye ulaşmış olduğu anlamına gelmese de araştırma alanından elektronik paketleme uygulamalarında test edilebilecek ürünlere doğru ilerlediğini gösteriyor.
Yaygınlaşmayı ne sınırlıyor?
- Malzeme, kürleme ve daha yüksek sıcaklıktaki üretim işlemlerini kapsayan bir sıcaklık aralığında performansını korumalıdır.
- Reçinelerle kolay ve homojen biçimde karışmalıdır; çünkü düzensiz dağılım sonucu zayıflatabilir veya beklenmedik bir davranış oluşturabilir.
- Saflık ve safsızlıklar kontrol edilmelidir; özellikle alfa parçacıklarından kaynaklanan emisyonlar paketlerin güvenilirliğini etkileyebilir.
- Kısıtlayıcı matris, çevrelenen malzemenin cam geçiş sıcaklığı veya erime noktası gibi temel termal geçiş sıcaklıklarını değiştirmez.
certi.news değerlendirmesi: Buradaki gerçek değişim yalnızca yeni bir malzemenin duyurulması değil, eğilme yönetiminin paket tasarımı düzeyinden malzeme mühendisliğinin kendi düzeyine taşınmaya çalışılmasıdır. Bu bileşimler birden fazla sıcaklıkta istikrarlı biçimde çalışabildiğini kanıtlarsa daha büyük paketlerin ve panellerin önündeki mekanik kısıtlardan birinin ortadan kaldırılmasına yardımcı olabilir. Ancak kaynak nicel performans verileri veya geniş ölçekli üretim sonuçları sunmuyor. Bu nedenle açık soru, karıştırılabilirlik, termal kararlılık ve saflığın bu yaklaşımın gelişmiş paketlemede standart bir uygulamaya dönüşmesine izin verip vermeyeceğidir.