מבוא לאלקטרוניקה Packaging

אריזה אלקטרונית היא המדע וההנדסה של enclosing, הגנה, ושילוב של מכשירים למחצה ורכיבים אלקטרוניים אחרים במערכות פונקציונליות.זה מספק תמיכה מכנית, קישוריות חשמלית, ניהול תרמי והגנה מפני גורמים סביבתיים כגון לחות, אבק וטטראטציה. כמו אלקטרוניקה לצרכנים אלקטרוניקה מתכווץ, דרישות מחשוב מופעלות באופן נרחב, כמו רכב ואווירה דורש אמינות גדולה יותר, חומרים אריזטיים מסורתיים לעתים קרובות ליפול קצר, סגסוגת מזון, אבל הם מופעלים חזקים יותר, 000 יעיל יותר, 000 יעיל יותר, 000 כוח חזק יותר, 000 חזק יותר, 000 יעיל יותר, 000.

תכונות מפתח דורשות חומרים מתקדמים

כדי להבין מדוע חומרים מתעוררים כל כך חשובים, זה עוזר קודם לבדוק את מדדי הביצועים הקריטיים כי חומרי אריזה מודרניים חייבים לעמוד בהם.

  • (FLT:0) מוליכות נורמטיבית (FLT:1) - ניתוק חום גבוה חיוני למניעת כתמים חמים ולהבטיח את תוחלת החיים של המכשיר.פולימרים מסורתיים יש מוליכות נמוכה (~0.2–0.5 W/mK), בעוד חומרים מתקדמים מכוונים 10–100+ W/mK.
  • (FLT:0) יעיל של התרחבות תרמית (CTE) ,R1) - משחק קרוב עם סיליקון (כ- 2.6 ppm / ° C) מקטין את הלחץ התרמי ומונע סדקים.
  • (FLT:0) קבוע (Dk) וגורם פירוק (Df)cioFLT:1 - ערכי Dk / DF נמוכים ויציבים ממזערים אובדן אות ודיבורים ביישומים גבוהים כגון 5G ו מכ"ם.
  • (FLT:0) כוח מכני וגמישות FLT:1 - חומרים חייבים לעמוד בלחצים, רכיבה על אופניים תרמיים, ולפעמים גם באלקטרוניקה גמישה.
  • (FLT:0) אחריות ותהליך תאימות ל- 1 (FLT:0) החומר חייב להתחבר היטב עם תת-סטריטים, תרכובות עובש ושכבות מתכת, ולהיות תואם שיטות ייצור קיימות כגון לזיהום, זריקת דפוס הזריקה, או נפיחות.
  • (ב) [ה]התמדה וההתנגדות הכימית [ה]: הגנה מפני לחות, קורוזיה ופתרון הכרחי לאמינות ארוכת טווח.

שום חומר יחיד אינו מצטיין בכל התחומים, ולכן המטרה היא מהנדס חומרים מורכבים או חומרים חדשים אשר מאזן תכונות אלה עבור יישומים ספציפיים.חומרים מתעוררים המתוארים להלן לטפל אחד או יותר של אתגרים אלה עם אפשרויות מסורתיות.

חומרים חדשים שגורמים ל- Electronic Packaging

Graphene ו- Carbon- Based Nanomaterials

גפן, שכבת אטומית אחת של אטומי פחמן מסודרים ב היבט hexagonal דבשcomb lattice, מושך אלקטרוניקה גבוהה כי תכונותיה יוצאות דופן. שלה in-plane תרמי מוליכות עולה 5000 W / mK, מה שהופך אותו אחד המוליכים החום הטובים ביותר הידוע גרף חשמלי, עם זאת גרפן מציע ניידות גבוהה והתנגדות נמוכה.

Metal-Organic Frameworks (MOFs)

מסגרות מתכת-אורגניות הן סוג של חומרים גבישיים ⁇ שנבנו מצלומי מתכת מתואמות לקישורים אורגניים.שטח הפנים הגבוה שלהם וגודלי טוטליים הופכים אותם שימושיים לאחסון גז, הפרדה וקטאליזה. באריזה אלקטרונית, MOFs מתעוררים לשני תפקידים עיקריים: ניהול תרמי וסרטי מחסום גז.על ידי שילוב חלקיקים מטבוליים לפולימרים רגישים, החוקרים הגבירויים יכולים לתרום לרמה בינונית של תאים.

Ceramic-Polymer Composites

סרמיקס כמו אלומיניום, nitride, ו-Boron nitride מציעים ביצועים תרמיים גבוהים ו- CTE נמוך, אבל הם בשפע וקשה לעבד.פולימרים גמישים וקלים לעצב אבל יש מוליכות תרמית נמוכה. Ceramic-polymers משלב את הטוב ביותר של שני העולמות.

Metal Thermal Interface Materials

מתכות נוזליות, כגון ⁇ מבוסס גליום (למשל, Galinstan, eutectic Ga-In-Sn), צוברות מערכת כמו TIMs בגלל התנהגות תרמית גבוהה מאוד (28-39 W / mK) והיכולת להתאים באופן מושלם לכיסוי משטחים מחוספסים.

Boron Nitride וחומרים אחרים 2D

מעבר לגרף, חומרים דו-ממדיים אחרים נחקרים עבור האריזה. hexagonal boron nitride (h-BN) הוא אינסולטור חשמלי עם מוליכות תרמית גבוהה, מה שהופך אותו מועמד טבעי עבור מפיץ חום דיאלקטרי.הסרטים של h-BN שגדלו על ידי חומרים כימיים VD (CVD) יכול לשמש גם שכבות מעבר כי הם שכבת חום ארוך טווח פתוח 2D) אבל הוא עדיין מגוון רחב של אלקטרוניקה (Ricreicreicreicreicretras) אבל אפשרות מעבר 2D) אבל הוא עדיין פתוח 2D) אבל הוא עדיין מגוון רחב של קרינת מתכתי תיבות של 2D) אבל הוא עדיין פתוח אפשרויות שונות של 2D) אבל הוא עדיין טיפול אלקטרונים לטווח ארוך טווח (Ricretrad) אבל הוא עדיין טיפול אלקטרונים לטווח ארוך (Ricretrad) אבל הוא עדיין פתוח 2D) אבל הוא עדיין פתוח אפשרויות הפעלה (Ricial מעבר 2D) אבל הוא עדיין פתוח אפשרויות הפעלה (Ricial מעבר 2D) אבל הוא עדיין פתוח 2D) אבל הוא עדיין פתוח אפשרויות הפעלה (Ricial מעבר לטווח ארוך טווח פתוח אפשרויות הפעלה (Ricial מוגבלת (Ricial מעבר לטווח ארוך טווח כפול (

יתרונות ואתגרים של אימוץ חומרים מתעוררים

היתרונות של חומרים אלה ברורים: מוליכות תרמית גבוהה יותר, ביצועים חשמליים טובים יותר, משקל מופחת ועובי, ואת היכולת לפעול בטמפרטורות גבוהות יותר תדרים.לדוגמה, TIM מבוסס גרפן יכול להפחית את הטמפרטורות צומת על ידי 10-20 מעלות צלזיוס בהשוואה להפרעות קונבנציונליות, שיפור ישיר של אמינות ומאפשרת דלקות כוח גבוהות יותר. Ceramic-polymers מאפשר החלפת של תת-שכבות מוצק עם עלות גמישות, ומכסה של מערכת חיים.

[האתגרים] הם רק משמעותיים.[דרוש מקור]: [ה] [ה] [ה] [ה]] [ה]] [ה]]] [ה]] [ה]]]] [ה]]] [ה]]]] [הההה]] [ה]]]]האתגרים הם גם המכשול הגדול ביותר של הפחתת התפוקה של התפוקה של ה-[[הת], אך ורק ב[[ה[[ה[[ה[[ה[[ה[[ה[[ה[[ה[[ה[[המאה ה[[המאה ה-20]],]],]],]],]],]],]],]],]],]], ו[[ה[[המאה ה[[ה[[ה[[המאה ה[[המאה ה[[המאה ה[[ה[[ה[[ה[[המאה ה[[המאה ה[[המאה ה[[ה[[המאה ה[[ה[[ה[[המאה ה[[ה[[המאה ה[[המאה ה[[המאה ה[[המאה ה[[המאה ה[[המאה ה[[המאה ה[[ה[[המאה ה[[המאה ה[[המאה ה[[המאה ה[[המאה ה[[המאה

שיתוף פעולה בתעשייה הוא חיוני להתגבר על האתגרים האלה. Consortia כגון IEEE Packaging Society ו- International Microelectronics Assembly ו- Packaging Society (IMAPS) לטפח מחקר וסטנדרטיזציה. מספר אוניברסיטאות ומעבדות לאומיות יש תוכניות ייעודיות לחומרי אריזה מתקדמים, וסטארט-אפים רבים הם פתרונות נישה מסחריים. כמו עלייה של ייצור ושינויי תהליך מיושמים, איזון עלות עלות של חומרים אלה ישפר.

שילוב של ייצור אמיתי-עולמי

פריסה מוצלחת של חומרים מתעוררים תלויה לא רק בתכונות החומריות, אלא גם על כמה הם יכולים להשתלב בזרימות עבודה קיימות של ייצור אטומית ו- TIM הם עדיין גירסאות מלאות של דגנים מלאים (למשל, מחסנים מלאים מלאים של אטומים יכולים לשמש לעתים קרובות כתחליף לשכבות מסורתיות או TIM מאפה רגיל כדי למנוע שימוש ב-ficollowingsives) ו-pemicial גרף דרישות.

כיוונים עתידיים של Outlook ומחקר

עתיד של אריזה אלקטרונית יהיה מעוצב על ידי שלושה מגהטרנדים: שילוב heterogeneous, אריזות 3D, ואת עלייתם של מוליכים למחצה פסגפ רחב (כגון GaN ו SiC) שילוב heterogeneous משלב צ'יפס של פונקציות שונות (לוגיקה, זיכרון, אנלוגי) לתוך חבילה אחת, דורש ערימה רב-חומרית עם גמישות מכנית 3D.

אינטליגנציה מלאכותית ולמידה של מכונה הם להאיץ את גילוי החומרים. החוקרים משתמשים במודלים חישוביים כדי לחזות את מוליכות תרמית של תרכובות חדשות, את המורפולוגיה הממלאת האידיאלית, ואת האמינות ארוכת הטווח של מערכות חומר. פלטפורמות ניסיוניות אוטומטיות יכולות לסנתז ולבדוק מאות פורמולות חומריות ליום.שלב זה יקצר את מחזור הפיתוח ולזהות סינרגיות מבטיחות עצמיות שיכולות להרחיב את המיקרו-מרחבי של סוללות, ובכך להרחיב את חיי האופניים.

לחץ רגילה וקיימות משפיע גם על הבחירה של חומרים.חומרים מסורתיים רבים מכילים מוביל, halogens, או נדירים אדמה, וחומרים חלופיים הם מבוקשים כי הם ידידותיים לסביבה ומחזוריים. Graphene ו MOFs הם מבוסס פחמן ופוטנציאלי יותר בר קיימא, למרות שהייצור שלהם עדיין דורש תהליכים רגישים אנרגיה.

מסקנה

חומרים מתעוררים עבור אריזה אלקטרונית ביצועים גבוהים אינם רק שיפורים מצטברים - הם מאפשרים יכולות מכשיר עתידי. Graphene, צינורות פחמן, MOFs, תרכובות קרמיקה, מתכות נוזליות, וחומרים 2D כל אחד להביא תכונות ייחודיות כי לטפל בצרכים דחופים של ניהול תרמי, ביצועים חשמליים, ואמינות. בעוד אתגרים מדרגיות ואינטגרציה נשארים, קצב החדשנות הוא מאיץ, על ידי מהנדסים מתקדמים, 000 מנועים, 000 חומרים מתקדמים יותר, הם חומרים מתקדמים יותר ויותר חומרים מתקדמים, חומרים חשמליים, 000.

(FLT:0) לקריאה נוספת, ראה את מפת הדרכים של חברת IEEE Packaging Society על חומרי אריזה מתקדמים (IEEE EPS) וסקירה אחרונה מאמרים בחומרי טבע ו-Journal of Electronic Packaging.