თეთრი კორუნდის მიკროფხვნილის როლი ელექტრონული შესაფუთი მასალების წარმოებაში
კოლეგებო, მასალებისა და შეფუთვის სფეროში მომუშავეებმა იციან, რომ მიუხედავად იმისა, რომ ელექტრონული შეფუთვა შთამბეჭდავად ჟღერს, სინამდვილეში ყველაფერი დეტალებშია. ეს ჰგავს ძვირფას ჩიპზე დამცავი კოსტუმის ჩაცმას. ამ კოსტუმმა უნდა გაუძლოს დარტყმას (მექანიკური სიმტკიცე), გაფანტოს სითბო (თბოგამტარობა) და უზრუნველყოს იზოლაცია და ტენიანობისადმი მდგრადობა. ამ ყველაფერში არსებული დეფექტები სასიცოცხლოდ მნიშვნელოვანია. დღეს ჩვენ ყურადღებას გავამახვილებთ ფართოდ გამოყენებულ, მაგრამ რთულ მასალაზე - თეთრი კორუნდის მიკროფხვნილზე - რათა შევისწავლოთ, თუ როგორ თამაშობს ეს პაწაწინა ინგრედიენტი გადამწყვეტ როლს ამ დამცავ კოსტუმში.
1. ჯერ გავიცნოთ მთავარი გმირი: უმაღლესი სიწმინდის მქონე „თეთრი მეომარი“.
თეთრი კორუნდიმარტივად რომ ვთქვათ, ეს არის უკიდურესად სუფთა ალუმინის ოქსიდი (Al₂O₃). ის უფრო გავრცელებულ ყავისფერ კორუნდს ენათესავება, მაგრამ მისი წარმომავლობა უფრო სუფთაა. განსაკუთრებული სისუფთავე მას თეთრ ფერს, მაღალ სიმტკიცეს, მაღალი ტემპერატურისადმი მდგრადობას და განსაკუთრებით სტაბილურ ქიმიურ თვისებებს ანიჭებს, რაც მას პრაქტიკულად არაფერზე გავლენას არ ახდენს.
მისი მიკრონის ან თუნდაც ნანომეტრის მასშტაბის წვრილ ფხვნილად დაფქვას ჩვენ ვუწოდებთთეთრი კორუნდის ფხვნილინუ შეაფასებთ ამ ფხვნილს არასაკმარისად. ელექტრონული შესაფუთი მასალების შემთხვევაში, განსაკუთრებით ეპოქსიდური ჩამოსხმის ნაერთებში (EMC) ან კერამიკულ შესაფუთ მასალებში, ის უბრალოდ დანამატზე მეტია; ეს სვეტის შემავსებელია.
II. შეფუთვაში ზუსტად რას აკეთებს?
წარმოიდგინეთ შესაფუთი მასალა, როგორც „კომპოზიტური ცემენტის“ ნაჭერი, სადაც ფისი არის რბილი, წებოვანი „წებო“, რომელიც ყველაფერს ერთად ამაგრებს. თუმცა, მხოლოდ წებო საკმარისი არ არის; ის ძალიან რბილი, სუსტია და გაცხელებისას იშლება. სწორედ აქ ერთვება საქმეში თეთრი კორუნდის ფხვნილი. ის ჰგავს ცემენტზე დამატებულ „კენჭებს“ და „ქვიშას“, რაც რადიკალურად ამაღლებს ამ „ცემენტის“ მუშაობას ახალ დონეზე.
პირველ რიგში: ეფექტური „სითბოს გამტარობის არხი“
ჩიპი პატარა ღუმელს ჰგავს. თუ სითბოს გაფანტვა შეუძლებელია, ამან შეიძლება გამოიწვიოს სიხშირის შეზღუდვა და შეფერხება, ან თუნდაც სრული გადაწვა. თავად ფისი სითბოს ცუდი გამტარია, რაც სითბოს შიგნით იჭერს - რაც ნამდვილად არასასიამოვნო სიტუაციაა.
თეთრი კორუნდის მიკროფხვნილიფისთან შედარებით მნიშვნელოვნად მაღალი თბოგამტარობა აქვს. როდესაც ფისში მიკროფხვნილის დიდი რაოდენობა თანაბრად ნაწილდება, ის ეფექტურად ქმნის უამრავი პაწაწინა „თერმული მაგისტრალის“ ქსელს. ჩიპის მიერ გამომუშავებული სითბო სწრაფად გადადის შეფუთვის შიგნიდან ზედაპირზე ამ თეთრი კორუნდის ნაწილაკების მეშვეობით და შემდეგ იფანტება ჰაერში ან რადიატორში. რაც უფრო მეტი ფხვნილი ემატება და უფრო ოპტიმალურად შეესაბამება ნაწილაკების ზომას, მით უფრო მკვრივი და თხევადი ხდება ეს თბოგამტარობა და მით უფრო მაღალია შესაფუთი მასალის საერთო თბოგამტარობა (TC). მაღალი კლასის მოწყობილობები ახლა მაღალი თბოგამტარობისკენ მიისწრაფვიან და ამაში თეთრი კორუნდის მიკროფხვნილი წამყვან როლს ასრულებს.
განსაკუთრებული უნარი: ზუსტი „თერმული გაფართოების კონტროლერი“
ეს სასიცოცხლოდ მნიშვნელოვანი ამოცანაა! ჩიპს (როგორც წესი, სილიკონს), შესაფუთ მასალას და სუბსტრატს (მაგალითად, PCB-ს) აქვთ თერმული გაფართოების (CTE) განსხვავებული კოეფიციენტები. მარტივად რომ ვთქვათ, გაცხელებისას ისინი სხვადასხვა ხარისხით ფართოვდებიან და იკუმშებიან. თუ შესაფუთი მასალის გაფართოებისა და შეკუმშვის სიჩქარე მნიშვნელოვნად განსხვავდება ჩიპის გაფართოებისა და შეკუმშვის სიჩქარეებისგან, ტემპერატურის რყევები, ცივი და ცხელი ტემპერატურის მონაცვლეობა, მნიშვნელოვან შინაგან დატვირთვას წარმოქმნის. ეს ჰგავს იმას, რომ რამდენიმე ადამიანი ტანსაცმლის ნაჭერს სხვადასხვა მიმართულებით ქაჩავს. დროთა განმავლობაში, ამან შეიძლება გამოიწვიოს ჩიპის გაბზარვა ან შედუღების შეერთებების დაზიანება. ამას „თერმომექანიკური უკმარისობა“ ეწოდება.
თეთრი კორუნდის ფხვნილი მას აქვს ძალიან დაბალი თერმული გაფართოების კოეფიციენტი და ძალიან სტაბილურია. მისი ფისში დამატება ეფექტურად ამცირებს მთელი კომპოზიტური მასალის თერმული გაფართოების კოეფიციენტს, რაც მჭიდროდ შეესაბამება სილიკონის ჩიპსა და სუბსტრატს. ეს უზრუნველყოფს მასალების ჰარმონიულად გაფართოებას და შეკუმშვას ტემპერატურის რყევების დროს, მნიშვნელოვნად ამცირებს შიდა დაძაბულობას და ბუნებრივად აუმჯობესებს მოწყობილობის საიმედოობას და სიცოცხლის ხანგრძლივობას. ეს გუნდს ჰგავს: მხოლოდ მაშინ, როდესაც ისინი ერთად მუშაობენ, შეუძლიათ რაღაცის მიღწევა.
ძირითადი უნარები: ძლიერი „ძვლის გამაძლიერებელი“
გაშრობის შემდეგ სუფთა ფისს საშუალო მექანიკური სიმტკიცე, სიმტკიცე და ცვეთამედეგობა აქვს. მაღალი სიმტკიცისა და სიმტკიცის თეთრი კორუნდის ფხვნილის დამატება რბილ ფისში მილიარდობით მაგარი „ჩონჩხის“ ჩასმას ჰგავს. ეს პირდაპირ სამ მთავარ სარგებელს მოაქვს:
გაზრდილი მოდული: მასალა უფრო ხისტია და ნაკლებად მიდრეკილია დეფორმაციისკენ, რაც უკეთ იცავს შიდა ჩიპს და ოქროს მავთულებს.
გაზრდილი სიმტკიცე: იზრდება მოხრისა და შეკუმშვის სიმტკიცე, რაც საშუალებას აძლევს მას გაუძლოს გარე მექანიკურ დარტყმებსა და დატვირთვას.
ცვეთასა და ტენიანობისადმი მდგრადობა: შეფუთვის ზედაპირი უფრო მყარი და ცვეთამედეგია. გარდა ამისა, მკვრივი შემავსებელი ამცირებს ტენიანობის შეღწევადობის გზას, რაც აუმჯობესებს ტენიანობისადმი მდგრადობას.
Ⅲ. უბრალოდ დაამატეთ? ხარისხის კონტროლი მთავარია!
ამ ეტაპზე შეიძლება იფიქროთ, რომ ეს მარტივია - უბრალოდ დაამატეთ ფისს რაც შეიძლება მეტი ფხვნილი. სწორედ აქ იმალება ნამდვილი უნარი. დასამატებელი ფხვნილის ტიპი და მისი დამატების წესი ძალიან რთულია.
სისუფთავე მთავარია: ელექტრონული და ჩვეულებრივი აბრაზიული მინარევები ორი განსხვავებული რამ არის. კერძოდ, მეტალის მინარევების, როგორიცაა კალიუმი (K) და ნატრიუმი (Na), შემცველობა უნდა იყოს კონტროლირებადი უკიდურესად დაბალ ppm დონეზე. ამ მინარევებს შეუძლიათ მიგრაცია ელექტრულ ველებსა და ნოტიო გარემოში, რაც იწვევს წრედის გაჟონვას ან თუნდაც მოკლე ჩართვას, რაც საიმედოობისთვის დიდ საფრთხეს წარმოადგენს. „თეთრი“ მხოლოდ ფერი არ არის; ის სიმბოლურად გამოხატავს სისუფთავეს. ნაწილაკების ზომა და კლასიფიკაცია ხელოვნების ფორმაა: წარმოიდგინეთ, რომ ყველა სფერო ერთი ზომის იყოს, მათ შორის გარდაუვლად იქნება ხარვეზები. ჩვენ უნდა „კლასიფიკაცია გავუკეთოთ“ სხვადასხვა ზომის მიკროფხვნილებს ისე, რომ პატარა სფეროებმა შეავსონ ხარვეზები უფრო დიდ სფეროებს შორის, რაც მიაღწევს ყველაზე მაღალ შეფუთვის სიმკვრივეს. უფრო მაღალი შეფუთვის სიმკვრივე უზრუნველყოფს მეტ თბოგამტარობას და თერმული გაფართოების კოეფიციენტის უკეთეს კონტროლს. ამავდროულად, ნაწილაკების ზომა არ უნდა იყოს არც ძალიან უხეში, რაც გავლენას მოახდენს დამუშავების სითხეზე და ზედაპირის დამუშავებაზე; და არც ძალიან წვრილი, რადგან ეს შექმნის დიდ ზედაპირს და გამოიწვევს ფისის ჭარბ შეწოვას, შეამცირებს შევსების სიჩქარეს და გაზრდის ხარჯებს. ნაწილაკების ზომის ამ განაწილების დიზაინი თითოეული ფორმულირების ერთ-ერთი მთავარი საიდუმლოა.
მორფოლოგია და ზედაპირის დამუშავება უმნიშვნელოვანესია: ნაწილაკების ფორმა იდეალურ შემთხვევაში უნდა იყოს სწორი, თანაბარი ფართობის, ნაკლები ბასრი კუთხეებით. ეს უზრუნველყოფს ფისში კარგ ნაკადს და მინიმუმამდე ამცირებს დაძაბულობის კონცენტრაციას. ზედაპირის დამუშავება კიდევ უფრო მნიშვნელოვანია.თეთრი კორუნდიჰიდროფილურია, ფისი კი ჰიდროფობიური, რაც მათ თანდაყოლილად შეუთავსებელს ხდის. ამიტომ, მიკროფხვნილის ზედაპირი უნდა იყოს დაფარული სილანის შემაერთებელი აგენტით, რაც მას „ორგანულ საფარს“ მისცემს. ამ გზით, ფხვნილი მჭიდროდ შეიძლება შეერწყას ფისს, რაც თავიდან აიცილებს ზედაპირის სუსტ წერტილად გადაქცევას, რაც ტენიანობის ან სტრესის ზემოქმედებისას ბზარებს იწვევს.