微电子技术在我们每天使用的设备中扮演着重要角色,如LED弦灯、智能手机和汽车或飞机等安全关键应用程序。这些小型电气部件与腐蚀性物质(如水和离子)接触会迅速导致腐蚀,从而导致设备故障。用封装封装微电子器件可以延长器件寿命,但不能提供完美的密封。在她的博士研究中,Anja Herrmann研究了水和离子如何通过微电子封装材料扩散,从而仍然对电子设备造成损坏。
为了设计具有保证产品寿命的包装,必须知道腐蚀性物质通过包装材料的速度。除了防腐之外,包装还有其他几个功能。这意味着包装由不同聚合物和其他添加剂的混合物组成。
因此,水和离子等腐蚀性物质可通过两种主要方法通过材料。首先,它们可以在本体聚合物中移动,其次,它们可以沿着本体聚合物和填料颗粒或金属丝之间的界面移动。
水上运输
在她的博士研究中,Anja Herrmann研究了水和离子通过环氧模塑化合物(EMC)的路径,该化合物是填充有二氧化硅颗粒的环氧树脂,用于封装集成电路,以及带有磷光体颗粒的光学硅酮,用作白色LED的透镜。
赫尔曼发现,水通过这些系统的输送是不同的。虽然在光学硅酮中添加荧光粒子后,她没有观察到水分传输方面的任何变化,但与未填充的环氧树脂基质相比,EMC中二氧化硅填料粒子和环氧树脂基质之间形成的相间层显示出增加的水分传输。这种沿相间的快速路径抵消了填料颗粒因其屏障功能(增加传输路径的长度)而产生的减速效应,但并不能完全抵消它。
终身离子传输
考虑到目前还没有成熟的测量技术,离子传输途径的研究不如水那么简单。过去的研究表明,传输时间范围很广,据报道,通过0.1毫米EMC的传输时间从几分钟到几千年不等。
通过文献调查和一系列使用盐水浸泡、扩散池和瞬态电流测量的实验,Herrmann表明,水分含量、离子浓度、pH值、偏压、温度(如果高于或低于玻璃化转变)以及反离子类型等因素对离子输运有显著影响。
这些条件必须在研究中加以考虑、控制和报告,以得出有关离子传输的准确结论。Herrmann还观察到,通过包装材料的扩散速度非常慢,这意味着像扩散池这样的方法无法在实验者的整个生命周期内产生关于EMC中扩散系数的结果,这是非常特别的。
这项研究拓宽了微电子封装材料中离子和水传输方面的知识,为改进封装设计和材料以创造可靠、长寿命的微电子奠定了基础。