En EPIC Powder Machinery, suministramos s\u00edlice fundida y polvo de cuarzo de calidad electr\u00f3nica para aplicaciones EMC y PCB, con monitorizaci\u00f3n de difracci\u00f3n l\u00e1ser en tiempo real en cada ciclo de producci\u00f3n y un certificado de an\u00e1lisis completo con cada env\u00edo.<\/p>\n\n\n\n
![\"di\u00f3xido](\"http:\/\/quartz-grinding.com\/wp-content\/uploads\/2024\/12\/Silicon-dioxide.png\")
Qu\u00e9 significa realmente en la pr\u00e1ctica el "control estricto del tama\u00f1o de part\u00edcula".<\/h2>\n\n\n\n
La distribuci\u00f3n del tama\u00f1o de part\u00edcula (PSD) de un relleno de s\u00edlice se define mediante al menos tres valores: D50 (tama\u00f1o medio), D90 o D98 (el extremo grueso de la distribuci\u00f3n) y, en ocasiones, D10 (el extremo fino). Cada valor controla un aspecto diferente del comportamiento de la formulaci\u00f3n.<\/p>\n\n\n\n El par\u00e1metro que con mayor frecuencia se especifica err\u00f3neamente es Dmax, el tama\u00f1o m\u00e1ximo absoluto de part\u00edcula. D90 y D98 son medidas estad\u00edsticas; indican aproximadamente 90% o 98% de las part\u00edculas, pero no dicen nada sobre las 2% restantes que son m\u00e1s grandes. En aplicaciones de compatibilidad electromagn\u00e9tica (EMC) y placas de circuito impreso (PCB), esas 2% son el origen de las fallas. Un relleno de s\u00edlice con D98 = 18 micras a\u00fan podr\u00eda contener part\u00edculas de 50 a 80 micras si Dmax no se especifica y controla por separado. Especificar D98 y Dmax como valores separados soluciona este problema.<\/p>\n\n\n\n Cuando un relleno de s\u00edlice contiene demasiadas part\u00edculas ultrafinas (D10 inferior a 0,3 micras o una larga cola fina en la distribuci\u00f3n), la superficie total del relleno aumenta bruscamente. La resina humedece las superficies del relleno, por lo que una mayor superficie implica un mayor consumo de resina para mantener las part\u00edculas en suspensi\u00f3n y lubricadas. El resultado es un aumento de la viscosidad que puede ser considerable: un cambio de un D10 de 1 micra a un D10 de 0,3 micras con la misma carga puede aumentar la viscosidad del compuesto EMC entre 40 y 60 TP3T.<\/p>\n\n\n\n A temperaturas est\u00e1ndar de moldeo por transferencia, esta mayor viscosidad impide que el compuesto penetre completamente en las cavidades finas del molde antes de gelificarse. El resultado es un llenado incompleto (inyecciones incompletas) con huecos en el producto final. Las tasas de inyecci\u00f3n incompleta de 5-15% son comunes en l\u00edneas de EMC que no han controlado la cola fina de su PSD de s\u00edlice.<\/p>\n\n\n\n La soluci\u00f3n consiste en controlar el D10 y establecer un l\u00edmite superior para la fracci\u00f3n de finos (el porcentaje de material con un tama\u00f1o inferior a 1 micr\u00f3n). Esto requiere un proceso de clasificaci\u00f3n en varias etapas que elimine los ultrafinos del producto, o bien un proceso de molienda que evite generarlos desde el principio.<\/p>\n\n\n\n En el extremo grueso, las part\u00edculas de gran tama\u00f1o provocan dos modos de fallo distintos. El primero es el arrastre de alambre: durante el moldeo por transferencia, el compuesto EMC en circulaci\u00f3n ejerce una fuerza hidr\u00e1ulica sobre las finas uniones de alambre que conectan el chip al sustrato del encapsulado. Una part\u00edcula de s\u00edlice grande y r\u00edgida (por ejemplo, de 80 micras en un compuesto especificado para D90 = 30 micras) puede desviar f\u00edsicamente una uni\u00f3n de alambre de oro de 20 micras a medida que el compuesto fluye. El arrastre de alambre superior a 5-10% de di\u00e1metro de alambre constituye un fallo de fiabilidad.<\/p>\n\n\n\n El segundo modo de fallo es la delaminaci\u00f3n. Las part\u00edculas grandes concentran la tensi\u00f3n en el compuesto curado; cuando el encapsulado se somete a ciclos t\u00e9rmicos (de -55 a +125 \u00b0C en la cualificaci\u00f3n automotriz, por ejemplo), las concentraciones de tensi\u00f3n alrededor de las part\u00edculas grandes superan la resistencia de adhesi\u00f3n de la interfaz resina-relleno. Se inician grietas en estas part\u00edculas y se propagan, provocando finalmente la delaminaci\u00f3n entre el EMC y el soporte del chip o el sustrato.<\/p>\n\n\n\n Ambos fallos se evitan mediante un control estricto del Dmax, no solo del D90 o del D98. Un tamiz vibratorio con la abertura correcta, junto con una etapa de clasificaci\u00f3n neum\u00e1tica posterior que elimina cualquier material que supere el Dmax objetivo, proporciona el l\u00edmite superior estricto necesario.<\/p>\n\n\n\n El silicio tiene un coeficiente de dilataci\u00f3n t\u00e9rmica (CTE) de aproximadamente 3 ppm por grado Celsius. El sustrato de PCB de vidrio-epoxi FR-4 tiene un CTE de alrededor de 14-17 ppm por grado Celsius. El prop\u00f3sito del relleno de s\u00edlice en el laminado de PCB es compensar esta diferencia: el relleno reduce el CTE del compuesto hasta acercarlo al valor del silicio, disminuyendo as\u00ed la tensi\u00f3n en las uniones de soldadura durante los ciclos t\u00e9rmicos.<\/p>\n\n\n\n Esta reducci\u00f3n del CTE es proporcional a la cantidad de relleno. Una mayor cantidad de relleno equivale a un menor CTE del compuesto, lo que se traduce en una mejor coincidencia del CTE con el silicio y, por consiguiente, en una mayor vida \u00fatil de la junta de soldadura. Sin embargo, una alta cantidad de relleno solo funciona si la PSD lo permite. Una PSD amplia y mal controlada produce un empaquetamiento de part\u00edculas ineficiente: las part\u00edculas m\u00e1s grandes crean huecos que no pueden ser rellenados por las m\u00e1s peque\u00f1as debido a una relaci\u00f3n de tama\u00f1o incorrecta. La cantidad m\u00e1xima de relleno alcanzable disminuye de 85-90% (PSD bimodal ajustada) a 65-75% (PSD amplia y no controlada), con la consiguiente p\u00e9rdida de reducci\u00f3n del CTE.<\/p>\n\n\n\n El resultado es un laminado de PCB con un coeficiente de dilataci\u00f3n t\u00e9rmica (CTE) superior al previsto, lo que se manifiesta como deformaci\u00f3n durante la soldadura por reflujo (el "efecto palomitas de ma\u00edz" en los encapsulados, la curvatura de la placa en las PCB sin recubrimiento) y fatiga prematura de las juntas de soldadura durante su uso en campo.<\/p>\n\n\n\n Para lograr y mantener las especificaciones PSD mencionadas anteriormente, se requiere control en cuatro etapas del proceso de producci\u00f3n. Cada etapa a\u00f1ade un nivel de garant\u00eda; ninguna de ellas por s\u00ed sola es suficiente.<\/p>\n\n\n\n La calidad de la materia prima de s\u00edlice fundida determina el resultado del procesamiento posterior. Una densidad, contenido de humedad o nivel de impurezas inconsistentes obligan al equipo de procesamiento a operar fuera de sus par\u00e1metros \u00f3ptimos, lo que ampl\u00eda la distribuci\u00f3n del tama\u00f1o de part\u00edcula (PSD) del producto final. Toda la materia prima de s\u00edlice fundida entrante debe someterse a pruebas de pureza de SiO2 (objetivo superior a 99,71 TP3T para grado electr\u00f3nico), densidad aparente y PSD previa a la molienda antes de ingresar al proceso de producci\u00f3n.<\/p>\n\n\n\n Para la s\u00edlice de grado electr\u00f3nico, la molienda en circuito cerrado es el m\u00e9todo est\u00e1ndar. El molino y el clasificador operan en un ciclo continuo: el molino reduce el tama\u00f1o de las part\u00edculas y el clasificador las separa inmediatamente en finas (que cumplen con las especificaciones y salen del circuito) y gruesas (que se rechazan y se devuelven al molino). Esto evita la molienda excesiva de part\u00edculas ya finas y garantiza que solo el material que cumple con las especificaciones de tama\u00f1o se acumule en el flujo de producto.<\/p>\n\n\n\n La molienda por chorro se utiliza com\u00fanmente para los grados m\u00e1s finos (D50 inferior a 5 micras) porque proporciona un alto aporte de energ\u00eda para la reducci\u00f3n de tama\u00f1o sin contaminaci\u00f3n met\u00e1lica; el principio de molienda con aire comprimido implica que ninguna superficie del molino entra en contacto con el producto. Para grados m\u00e1s gruesos (D50 de 5 a 15 micras), el molino de bolas o el molino de rodillos anulares en circuito cerrado con un clasificador de aire son m\u00e1s eficientes energ\u00e9ticamente.<\/p>\n\n\n\n Una \u00fanica etapa de clasificaci\u00f3n separa las part\u00edculas finas de las gruesas, pero produce una zona de transici\u00f3n gradual en lugar de una funci\u00f3n escalonada pronunciada. Para la s\u00edlice de grado electr\u00f3nico, donde el Dmax debe limitarse estrictamente, se requiere una clasificaci\u00f3n en varias etapas: un clasificador primario establece el D50 y un clasificador secundario se centra espec\u00edficamente en la parte m\u00e1s gruesa, eliminando con alta eficiencia el material que supera el umbral de Dmax.<\/p>\n\n\n\n Los clasificadores de aire horizontales ofrecen una separaci\u00f3n m\u00e1s precisa que los dise\u00f1os verticales, ya que la trayectoria de las part\u00edculas en un flujo horizontal se ve menos afectada por la sedimentaci\u00f3n gravitacional de las part\u00edculas m\u00e1s grandes. Para las especificaciones D98 inferiores a 15 micras \u2014el rango requerido para la compatibilidad electromagn\u00e9tica avanzada\u2014 la geometr\u00eda del clasificador horizontal es la opci\u00f3n est\u00e1ndar.<\/p>\n\n\n\n La distribuci\u00f3n del tama\u00f1o de part\u00edcula (PSD) de salida debe verificarse continuamente durante la producci\u00f3n, no solo al inicio de un lote. Los sensores de difracci\u00f3n l\u00e1ser en l\u00ednea miden el flujo del producto cada 30-60 segundos. Si D50 se desv\u00eda m\u00e1s de 5% del valor objetivo, o si D98 muestra una tendencia al alza, el sistema alerta al operador para que ajuste inmediatamente los par\u00e1metros del clasificador.<\/p>\n\n\n\n Este monitoreo continuo es la \u00fanica forma de garantizar que la primera bolsa de una tanda de producci\u00f3n y la \u00faltima tengan distribuciones de tama\u00f1o de part\u00edcula id\u00e9nticas. El muestreo al final del lote \u2014verificar una muestra despu\u00e9s de 4 a 8 horas de producci\u00f3n\u2014 no detecta la variaci\u00f3n dentro del lote, que puede ser significativa en producciones largas.<\/p>\n\n\n\n La diferencia radica en c\u00f3mo se comporta el relleno en el sistema de resina. Las part\u00edculas esf\u00e9ricas de s\u00edlice act\u00faan como rodamientos en el compuesto: giran libremente unas sobre otras, lo que permite una alta concentraci\u00f3n de relleno (hasta 85-901 TP3T en peso) sin que la viscosidad se vuelva inmanejable. Esta alta concentraci\u00f3n es la que permite reducir el coeficiente de expansi\u00f3n t\u00e9rmica (CTE) necesario para igualar el del silicio. <\/p>\n\n\n\n La s\u00edlice esf\u00e9rica se produce mediante esferoidizaci\u00f3n por llama o s\u00edntesis sol-gel y es m\u00e1s cara que la s\u00edlice angular. La s\u00edlice angular se produce mediante trituraci\u00f3n y molienda, lo que crea formas irregulares y dentadas. El entrelazamiento de part\u00edculas angulares en el composite curado mejora la adhesi\u00f3n mec\u00e1nica entre el relleno y la resina, lo que aumenta la resistencia a la flexi\u00f3n y la resistencia al agrietamiento. La desventaja es una viscosidad significativamente mayor con la misma concentraci\u00f3n, lo que limita la cantidad de relleno que se puede incorporar. Para la mayor\u00eda de las aplicaciones modernas de EMC donde el control del CTE es la prioridad, la s\u00edlice esf\u00e9rica es la opci\u00f3n por defecto. La s\u00edlice angular se utiliza cuando la resistencia mec\u00e1nica o el menor coste son los factores principales.<\/p>\n\n\n\n La constante diel\u00e9ctrica de un laminado de PCB es un promedio ponderado por volumen de los valores Dk de sus componentes. La resina epoxi (Dk aproximadamente 4,0), el relleno de s\u00edlice (Dk aproximadamente 3,8 para s\u00edlice fundida) y cualquier hueco o bolsa de aire (Dk = 1,0). Las bolsas de aire son la variable clave. Cuando la PSD del relleno de s\u00edlice es amplia o est\u00e1 mal controlada, el empaquetamiento de part\u00edculas es ineficiente y se forman huecos en la interfaz resina-relleno. Estos huecos reducen el Dk del compuesto por debajo del valor de dise\u00f1o y, lo que es cr\u00edtico, causan variaci\u00f3n de Dk entre lotes. Esto se debe a que la fracci\u00f3n de huecos cambia con cada lote. Un control estricto de la PSD, espec\u00edficamente, controlar el valor de rango para que la densidad de empaquetamiento de part\u00edculas sea consistente. Esto minimiza la formaci\u00f3n de huecos y estabiliza el Dk entre lotes. Para aplicaciones 5G mmWave a 28 GHz y superiores, una variaci\u00f3n de Dk de m\u00e1s de +\/- 0,05 es suficiente para desintonizar los elementos de la antena y no cumplir con la especificaci\u00f3n el\u00e9ctrica.<\/p>\n\n\n\nPar\u00e1metro PSD<\/strong><\/td> Qu\u00e9 mide<\/strong><\/td> Qu\u00e9 controla en EMC\/PCB<\/strong><\/td> Rango t\u00edpico de objetivos<\/strong><\/td><\/tr> D10<\/td> 10% de part\u00edculas son m\u00e1s finas que este tama\u00f1o.<\/td> Tama\u00f1o m\u00ednimo de relleno: el exceso de finos aumenta la superficie y eleva la viscosidad.<\/td> 0,5 \u2013 2 micras (dependiendo de la aplicaci\u00f3n)<\/td><\/tr> D50<\/td> Tama\u00f1o medio de part\u00edcula<\/td> Densidad de empaquetamiento y viscosidad de referencia<\/td> De 3 a 10 micras para EMC est\u00e1ndar; de 1 a 5 micras para paquetes avanzados.<\/td><\/tr> D90<\/td> 90% de part\u00edculas son m\u00e1s finas que esta<\/td> Control de la fracci\u00f3n gruesa intermedia<\/td> De 15 a 30 micras, dependiendo de la geometr\u00eda del molde.<\/td><\/tr> D98 \/ D99<\/td> 98-99% de part\u00edculas son m\u00e1s finas que esta<\/td> Tama\u00f1o de part\u00edcula casi m\u00e1ximo: control de part\u00edculas letal<\/td> Est\u00e1ndar por debajo de 20 micras; por debajo de 10 micras para paquetes avanzados.<\/td><\/tr> Dmax \/ D100<\/td> Tama\u00f1o m\u00e1ximo absoluto de part\u00edcula presente<\/td> L\u00edmite estricto: ninguna part\u00edcula por encima de este valor.<\/td> Por debajo de 45 micras est\u00e1ndar; por debajo de 25 micras paso fino; por debajo de 15 micras paso ultrafino<\/td><\/tr> Alcance = (D90-D10)\/D50<\/td> Amplitud de la distribuci\u00f3n<\/td> Uniformidad de la distribuci\u00f3n: menor rango = distribuci\u00f3n m\u00e1s ajustada<\/td> Inferior a 2,0 para EMC est\u00e1ndar; inferior a 1,2 para embalaje de alta densidad.<\/td><\/tr><\/tbody><\/table><\/figure>\n\n\n\n Tres modos de fallo que provoca un control deficiente del PSD<\/h2>\n\n\n\n
1. Picos de viscosidad y fracciones cortas (el problema de las part\u00edculas finas)<\/h3>\n\n\n\n
2. Desplazamiento y deslaminaci\u00f3n del alambre (el problema de las part\u00edculas gruesas)<\/h3>\n\n\n\n
3. Desajuste del coeficiente de dilataci\u00f3n t\u00e9rmica y deformaci\u00f3n de la placa de circuito impreso (el problema de la uniformidad)<\/h3>\n\n\n\n
Referencia r\u00e1pida de especificaciones: PSD de relleno de s\u00edlice por est\u00e1ndar de aplicaci\u00f3n EMC (envases QFP, SOP): <\/strong>
D50: 5-10 micras | D98: <25 micras | Dmax: <45 micras | Carga: 70-80%
EMC de paso fino (BGA, flip-chip): <\/strong>D50: 3-6 micras | D98: <15 micras | Dmax: <25 micras | Carga: 75-85%
EMC ultrafino (embalaje avanzado a nivel de oblea): <\/strong>D50: 1-3 micras | D98: <8 micras | Dmax: <12 micras | Carga: hasta 90%
Relleno laminado para PCB (sustituto est\u00e1ndar del FR-4): <\/strong>D50: 5-15 micras | D90: <35 micras | Dmax: <50 micras | Carga: 60-75%
Encapsulante superior Glob: <\/strong>D50: 3-8 micras | D98: <20 micras | El rango estrecho (<1,5) es fundamental para la estabilidad de la viscosidad.
Nota: <\/strong>Las especificaciones var\u00edan seg\u00fan el dise\u00f1o del encapsulado, el paso de los hilos conductores y el sistema de resina. Confirme con su equipo de formulaci\u00f3n.<\/td><\/tr><\/tbody><\/table><\/figure>\n\n\n\nC\u00f3mo se logra una PSD precisa en la producci\u00f3n de s\u00edlice fundida<\/h2>\n\n\n\n
1. Control de materias primas<\/strong><\/strong><\/h3>\n\n\n\n
2. Fresado de precisi\u00f3n: rectificado en circuito cerrado<\/strong><\/strong><\/h3>\n\n\n\n
3. Clasificaci\u00f3n de aire en m\u00faltiples etapas<\/strong><\/strong><\/h3>\n\n\n\n
4. Monitorizaci\u00f3n de la difracci\u00f3n l\u00e1ser en tiempo real<\/strong><\/strong><\/h3>\n\n\n\n
Preguntas frecuentes<\/strong><\/h2>\n\n\n\n
\u00bfCu\u00e1l es la diferencia entre la s\u00edlice angular y la esf\u00e9rica para los rellenos de EMC y PCB?<\/h3>\n\n\n\n
\u00bfC\u00f3mo afecta la distribuci\u00f3n del tama\u00f1o de part\u00edcula (PSD) del relleno de s\u00edlice a la constante diel\u00e9ctrica (Dk) en los laminados de PCB?<\/h3>\n\n\n\n
Polvo \u00e9pico<\/mark><\/h2>\n\n\n\n
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<\/figure>\n\n\n\n