Chez EPIC Powder Machinery, nous fournissons de la silice fondue et de la poudre de quartz de qualit\u00e9 \u00e9lectronique pour les applications EMC et PCB, avec une surveillance en temps r\u00e9el par diffraction laser sur chaque cycle de production et un certificat d'analyse complet avec chaque envoi.<\/p>\n\n\n\n
![\"dioxyde](\"http:\/\/quartz-grinding.com\/wp-content\/uploads\/2024\/12\/Silicon-dioxide.png\")
Que signifie concr\u00e8tement le \u00ab contr\u00f4le strict de la taille des particules \u00bb en pratique ?<\/h2>\n\n\n\n
La granulom\u00e9trie d'une charge de silice est d\u00e9finie par au moins trois nombres\u00a0: D50 (taille m\u00e9diane), D90 ou D98 (particules les plus grossi\u00e8res de la distribution) et parfois D10 (particules les plus fines). Chaque nombre d\u00e9termine un aspect diff\u00e9rent du comportement de la formulation.<\/p>\n\n\n\n Le param\u00e8tre le plus souvent mal sp\u00e9cifi\u00e9 est Dmax, la taille maximale absolue des particules. D90 et D98 sont des mesures statistiques\u00a0; elles renseignent sur 90\u00a0\u00b5TP3T ou 98\u00a0\u00b5TP3T des particules, mais ne disent rien des 21\u00a0\u00b5TP3T restantes, plus grandes. Pour les applications CEM et PCB, c\u2019est cette proportion de 21\u00a0\u00b5TP3T qui est \u00e0 l\u2019origine des d\u00e9faillances. Une charge de silice avec D98 = 18\u00a0microns peut encore contenir des particules de 50 \u00e0 80\u00a0microns si Dmax n\u2019est pas sp\u00e9cifi\u00e9 et contr\u00f4l\u00e9 s\u00e9par\u00e9ment. Sp\u00e9cifier D98 et Dmax comme des valeurs distinctes permet de combler cette lacune.<\/p>\n\n\n\n Lorsqu'une charge de silice contient une trop grande quantit\u00e9 de particules ultrafines (D10 inf\u00e9rieur \u00e0 0,3 micron ou une longue tra\u00een\u00e9e de particules fines dans la distribution granulom\u00e9trique), sa surface sp\u00e9cifique augmente fortement. La r\u00e9sine mouillant la surface de la charge, une surface sp\u00e9cifique plus \u00e9lev\u00e9e implique une consommation accrue de r\u00e9sine pour maintenir les particules en suspension et lubrifi\u00e9es. Il en r\u00e9sulte une augmentation de la viscosit\u00e9 qui peut \u00eatre importante\u00a0: \u00e0 charge \u00e9gale, un passage d'un D10 de 1 micron \u00e0 un D10 de 0,3 micron peut accro\u00eetre la viscosit\u00e9 du compos\u00e9 EMC de 40\u00a0%.<\/p>\n\n\n\n Aux temp\u00e9ratures standard de moulage par transfert, cette viscosit\u00e9 \u00e9lev\u00e9e emp\u00eache le compos\u00e9 de p\u00e9n\u00e9trer compl\u00e8tement dans les cavit\u00e9s fines du moule avant de g\u00e9lifier. Il en r\u00e9sulte un remplissage incomplet (injections partielles) et des vides dans l'emballage fini. Les taux d'injection partielle du 5-15% sont fr\u00e9quents sur les lignes EMC qui n'ont pas ma\u00eetris\u00e9 la finesse de la distribution granulom\u00e9trique de leur silice.<\/p>\n\n\n\n La solution consiste \u00e0 contr\u00f4ler le D10 et \u00e0 fixer une limite sup\u00e9rieure pour la fraction de fines (le pourcentage de particules inf\u00e9rieures \u00e0 1 micron). Cela n\u00e9cessite soit un processus de classification en plusieurs \u00e9tapes qui \u00e9limine les particules ultrafines du produit, soit un processus de broyage qui \u00e9vite leur formation d\u00e8s le d\u00e9part.<\/p>\n\n\n\n Du c\u00f4t\u00e9 des particules grossi\u00e8res, les particules surdimensionn\u00e9es provoquent deux modes de d\u00e9faillance distincts. Le premier est le balayage des fils : lors du moulage par transfert, le compos\u00e9 EMC en circulation exerce une force hydraulique sur les fines liaisons filaires reliant la puce au substrat du bo\u00eetier. Une grosse particule de silice rigide (par exemple, 80 microns dans un compos\u00e9 sp\u00e9cifi\u00e9 pour D90 = 30 microns) peut physiquement d\u00e9vier une liaison filaire en or de 20 microns lors de l'\u00e9coulement du compos\u00e9. Un balayage des fils sup\u00e9rieur \u00e0 5-10% de diam\u00e8tre constitue un d\u00e9faut de fiabilit\u00e9.<\/p>\n\n\n\n Le second mode de d\u00e9faillance est le d\u00e9laminage. Les grosses particules concentrent les contraintes dans le composite polym\u00e9ris\u00e9. Lorsque le bo\u00eetier subit des cycles thermiques (de -55 \u00e0 +125 \u00b0C lors des qualifications automobiles, par exemple), les concentrations de contraintes autour de ces particules d\u00e9passent la r\u00e9sistance d'adh\u00e9rence de l'interface r\u00e9sine-charge. Des fissures s'amorcent au niveau de ces particules et se propagent, provoquant finalement un d\u00e9laminage entre le composite et la puce ou le substrat.<\/p>\n\n\n\n Ces deux types de d\u00e9faillances sont \u00e9vit\u00e9s gr\u00e2ce \u00e0 un contr\u00f4le strict du Dmax, et non pas seulement du D90 ou du D98. Un tamis vibrant \u00e0 l'ouverture appropri\u00e9e, associ\u00e9 \u00e0 une \u00e9tape de classification pneumatique en aval qui \u00e9limine tout mat\u00e9riau d\u00e9passant le Dmax cible, fournit la limite sup\u00e9rieure stricte n\u00e9cessaire.<\/p>\n\n\n\n Le silicium poss\u00e8de un coefficient de dilatation thermique (CTE) d'environ 3 ppm par degr\u00e9 Celsius. Le substrat de circuit imprim\u00e9 en FR-4 (verre-\u00e9poxy) pr\u00e9sente un CTE d'environ 14 \u00e0 17 ppm par degr\u00e9 Celsius. L'objectif de la charge de silice dans le stratifi\u00e9 du circuit imprim\u00e9 est de combler cet \u00e9cart\u00a0: la charge r\u00e9duit le CTE du composite pour le rapprocher de la valeur du silicium, diminuant ainsi les contraintes sur les joints de soudure lors des cycles thermiques.<\/p>\n\n\n\n Cette r\u00e9duction du coefficient de dilatation thermique (CTE) est proportionnelle \u00e0 la charge de remplissage. Une charge plus \u00e9lev\u00e9e implique un CTE composite plus faible, une meilleure ad\u00e9quation du CTE \u00e0 celui du silicium et une dur\u00e9e de vie accrue des joints de soudure. Cependant, une charge \u00e9lev\u00e9e n'est efficace que si la distribution granulom\u00e9trique (PSD) le permet. Une PSD large et mal contr\u00f4l\u00e9e engendre un tassement inefficace des particules\u00a0: les particules les plus grosses cr\u00e9ent des vides que les plus petites ne peuvent combler, le rapport de taille \u00e9tant inad\u00e9quat. La charge maximale atteignable diminue de 85-90% (PSD bimodale compacte) \u00e0 65-75% (PSD large et non contr\u00f4l\u00e9e), avec une perte correspondante de r\u00e9duction du CTE.<\/p>\n\n\n\n Il en r\u00e9sulte un stratifi\u00e9 de circuit imprim\u00e9 avec un coefficient de dilatation thermique sup\u00e9rieur \u00e0 celui pr\u00e9vu, ce qui se traduit par une d\u00e9formation lors du soudage par refusion (l'\u00ab effet popcorn \u00bb dans les bo\u00eetiers, le bombement des circuits imprim\u00e9s nus) et une fatigue pr\u00e9matur\u00e9e des joints de soudure en service sur le terrain.<\/p>\n\n\n\n Le respect et le maintien des sp\u00e9cifications PSD ci-dessus n\u00e9cessitent un contr\u00f4le \u00e0 quatre \u00e9tapes du processus de production. Chaque \u00e9tape apporte un niveau de garantie suppl\u00e9mentaire\u00a0; aucune n\u2019est suffisante \u00e0 elle seule.<\/p>\n\n\n\n La qualit\u00e9 de la silice fondue brute d\u00e9termine les performances des \u00e9tapes de transformation ult\u00e9rieures. Une densit\u00e9, une teneur en humidit\u00e9 ou un niveau d'impuret\u00e9s irr\u00e9guliers contraignent les \u00e9quipements de traitement \u00e0 fonctionner hors de leurs param\u00e8tres optimaux, ce qui \u00e9largit la distribution granulom\u00e9trique du produit final. Toute silice fondue brute entrante doit \u00eatre test\u00e9e pour sa puret\u00e9 en SiO\u2082 (objectif sup\u00e9rieur \u00e0 99,71 TP3T pour la qualit\u00e9 \u00e9lectronique), sa masse volumique apparente et sa distribution granulom\u00e9trique avant broyage avant d'\u00eatre int\u00e9gr\u00e9e au processus de production.<\/p>\n\n\n\n Pour la silice de qualit\u00e9 \u00e9lectronique, le broyage en circuit ferm\u00e9 est la norme. Le broyeur et le classificateur fonctionnent en boucle continue\u00a0: le broyeur r\u00e9duit la taille des particules, le classificateur les trie imm\u00e9diatement en fines (conformes, sorties du circuit) et grossi\u00e8res (rejet\u00e9es, renvoy\u00e9es au broyeur). Ceci \u00e9vite le surbroyage des particules d\u00e9j\u00e0 fines et garantit que seuls les mat\u00e9riaux r\u00e9pondant aux sp\u00e9cifications granulom\u00e9triques s'accumulent dans le flux de production.<\/p>\n\n\n\n Le broyage par jet d'air est couramment utilis\u00e9 pour les granulom\u00e9tries les plus fines (D50 inf\u00e9rieur \u00e0 5 microns) car il fournit un apport d'\u00e9nergie \u00e9lev\u00e9 pour la r\u00e9duction de taille sans contamination m\u00e9tallique\u00a0; le principe du broyage par air comprim\u00e9 garantit l'absence de contact entre les surfaces du broyeur et le produit. Pour les granulom\u00e9tries plus grossi\u00e8res (D50 de 5 \u00e0 15 microns), le broyeur \u00e0 boulets ou le broyeur \u00e0 rouleaux annulaires en circuit ferm\u00e9 avec un classificateur \u00e0 air est plus \u00e9conome en \u00e9nergie.<\/p>\n\n\n\n Une seule \u00e9tape de classification s\u00e9pare les particules fines des particules grossi\u00e8res, mais produit une zone de transition progressive plut\u00f4t qu'une rupture nette. Pour la silice de qualit\u00e9 \u00e9lectronique, o\u00f9 le Dmax doit \u00eatre strictement limit\u00e9, une classification multi-\u00e9tapes est n\u00e9cessaire\u00a0: un classificateur primaire d\u00e9termine le D50, et un classificateur secondaire cible sp\u00e9cifiquement les particules grossi\u00e8res, \u00e9liminant efficacement les particules dont le Dmax est sup\u00e9rieur au seuil.<\/p>\n\n\n\n Les classificateurs d'air horizontaux offrent une s\u00e9paration plus nette que les mod\u00e8les verticaux, car la trajectoire des particules dans un flux horizontal est moins affect\u00e9e par la s\u00e9dimentation gravitationnelle des particules les plus grosses. Pour les sp\u00e9cifications D98 inf\u00e9rieures \u00e0 15 microns \u2014 la plage requise pour les normes CEM avanc\u00e9es \u2014, la g\u00e9om\u00e9trie horizontale est la norme.<\/p>\n\n\n\n La distribution granulom\u00e9trique (PSD) en sortie doit \u00eatre v\u00e9rifi\u00e9e en continu pendant la production, et non seulement au d\u00e9but d'un lot. Des capteurs de diffraction laser en ligne mesurent le flux de produit toutes les 30 \u00e0 60 secondes. Si le D50 s'\u00e9carte de plus de 5% de la valeur cible, ou si le D98 pr\u00e9sente une tendance \u00e0 la hausse, le syst\u00e8me alerte l'op\u00e9rateur afin qu'il proc\u00e8de imm\u00e9diatement \u00e0 un ajustement des param\u00e8tres du classificateur.<\/p>\n\n\n\n Ce contr\u00f4le continu est le seul moyen de garantir que le premier et le dernier sachet d'une production pr\u00e9sentent des distributions granulom\u00e9triques identiques. L'\u00e9chantillonnage en fin de lot (un seul \u00e9chantillon apr\u00e8s 4 \u00e0 8 heures de production) ne permet pas de d\u00e9tecter les variations intra-lot, qui peuvent \u00eatre importantes lors de productions de longue dur\u00e9e.<\/p>\n\n\n\n Cette diff\u00e9rence est fondamentale pour le comportement de la charge dans le syst\u00e8me de r\u00e9sine. Les particules sph\u00e9riques de silice agissent comme des billes dans le compos\u00e9\u00a0: elles tournent librement les unes par rapport aux autres, permettant une charge \u00e9lev\u00e9e (jusqu\u2019\u00e0 85-90\u00a0% en poids) sans que la viscosit\u00e9 ne devienne inutilisable. C\u2019est cette charge \u00e9lev\u00e9e qui permet d\u2019obtenir la r\u00e9duction du coefficient de dilatation thermique (CTE) n\u00e9cessaire pour \u00e9galer celui du silicium. <\/p>\n\n\n\n La silice sph\u00e9rique est produite par sph\u00e9ro\u00efdisation \u00e0 la flamme ou par synth\u00e8se sol-gel et est plus co\u00fbteuse que la silice angulaire. Cette derni\u00e8re est obtenue par broyage, ce qui cr\u00e9e des particules irr\u00e9guli\u00e8res et dentel\u00e9es. L'imbrication de ces particules angulaires dans le composite durci am\u00e9liore l'adh\u00e9rence m\u00e9canique entre la charge et la r\u00e9sine, augmentant ainsi la r\u00e9sistance \u00e0 la flexion et \u00e0 la fissuration. En contrepartie, \u00e0 charge \u00e9gale, la viscosit\u00e9 est nettement plus \u00e9lev\u00e9e, ce qui limite la quantit\u00e9 de charge incorporable. Pour la plupart des applications modernes de compatibilit\u00e9 \u00e9lectromagn\u00e9tique (CEM) o\u00f9 le contr\u00f4le du coefficient de dilatation thermique (CTE) est primordial, la silice sph\u00e9rique est privil\u00e9gi\u00e9e. La silice angulaire est utilis\u00e9e lorsque la r\u00e9sistance m\u00e9canique ou le co\u00fbt sont les principaux crit\u00e8res.<\/p>\n\n\n\n La constante di\u00e9lectrique d'un stratifi\u00e9 de circuit imprim\u00e9 est une moyenne pond\u00e9r\u00e9e en volume des valeurs Dk de ses composants\u00a0: la r\u00e9sine \u00e9poxy (Dk \u2248 4,0), la charge de silice (Dk \u2248 3,8 pour la silice fondue) et les \u00e9ventuelles porosit\u00e9s (Dk = 1,0). Les porosit\u00e9s constituent la variable cl\u00e9. Lorsque la distribution granulom\u00e9trique de la charge de silice est large ou mal contr\u00f4l\u00e9e, le tassement des particules est inefficace et des porosit\u00e9s se forment \u00e0 l'interface r\u00e9sine-charge. Ces porosit\u00e9s abaissent la constante di\u00e9lectrique du composite en dessous de la valeur nominale et, surtout, entra\u00eenent des variations de Dk d'un lot \u00e0 l'autre, car la fraction de porosit\u00e9 change \u00e0 chaque lot. Un contr\u00f4le strict de la distribution granulom\u00e9trique, et plus pr\u00e9cis\u00e9ment de l'\u00e9tendue des valeurs, est donc essentiel pour garantir une densit\u00e9 de tassement constante. Ceci minimise la formation de porosit\u00e9s et stabilise la constante di\u00e9lectrique d'un lot \u00e0 l'autre. Pour les applications 5G mmWave \u00e0 28 GHz et plus, une variation de Dk sup\u00e9rieure \u00e0 \u00b1 0,05 suffit \u00e0 d\u00e9saccorder les \u00e9l\u00e9ments d'antenne et \u00e0 rendre non conforme aux sp\u00e9cifications \u00e9lectriques.<\/p>\n\n\n\nParam\u00e8tre PSD<\/strong><\/td> Ce que cela mesure<\/strong><\/td> Ce qu'il contr\u00f4le en mati\u00e8re de CEM\/PCB<\/strong><\/td> Port\u00e9e cible typique<\/strong><\/td><\/tr> D10<\/td> 10% de particules sont plus fines que cette taille<\/td> Taille minimale des particules de remplissage \u2014 un exc\u00e8s de fines augmente la surface et la viscosit\u00e9<\/td> 0,5 \u00e0 2 microns (selon l'application)<\/td><\/tr> D50<\/td> Taille m\u00e9diane des particules<\/td> Densit\u00e9 de tassement et viscosit\u00e9 de base<\/td> 3 \u00e0 10 microns pour les bo\u00eetiers CEM standard\u00a0; 1 \u00e0 5 microns pour les bo\u00eetiers avanc\u00e9s<\/td><\/tr> D90<\/td> 90% de particules sont plus fines que cela<\/td> Contr\u00f4le de la fraction grossi\u00e8re interm\u00e9diaire<\/td> 15 \u00e0 30 microns selon la g\u00e9om\u00e9trie du moule<\/td><\/tr> D98 \/ D99<\/td> 98-99% des particules sont plus fines que ceci<\/td> Taille des particules quasi maximale \u2014 contr\u00f4le des particules tueuses<\/td> Norme inf\u00e9rieure \u00e0 20 microns\u00a0; inf\u00e9rieure \u00e0 10 microns pour les emballages avanc\u00e9s<\/td><\/tr> Dmax \/ D100<\/td> Taille maximale absolue des particules pr\u00e9sentes<\/td> Limite stricte \u2014 aucune particule au-dessus de cette valeur<\/td> Inf\u00e9rieur \u00e0 45 microns (standard) ; inf\u00e9rieur \u00e0 25 microns (pas fin) ; inf\u00e9rieur \u00e0 15 microns (ultra-fin).<\/td><\/tr> \u00c9tendue = (D90-D10)\/D50<\/td> Largeur de la distribution<\/td> Uniformit\u00e9 de la distribution \u2014 port\u00e9e plus faible = distribution plus resserr\u00e9e<\/td> Inf\u00e9rieur \u00e0 2,0 pour la CEM standard\u00a0; inf\u00e9rieur \u00e0 1,2 pour les emballages haute densit\u00e9<\/td><\/tr><\/tbody><\/table><\/figure>\n\n\n\n Trois modes de d\u00e9faillance caus\u00e9s par un mauvais contr\u00f4le de la PSD<\/h2>\n\n\n\n
1. Pics de viscosit\u00e9 et injections courtes (le probl\u00e8me des fines)<\/h3>\n\n\n\n
2. Balayage du fil et d\u00e9lamination (le probl\u00e8me des particules grossi\u00e8res)<\/h3>\n\n\n\n
3. Inad\u00e9quation du coefficient de dilatation thermique et d\u00e9formation du circuit imprim\u00e9 (probl\u00e8me d'uniformit\u00e9)<\/h3>\n\n\n\n
R\u00e9f\u00e9rence rapide des sp\u00e9cifications\u00a0: PSD de charge de silice par application\u00a0; norme EMC (bo\u00eetiers QFP, SOP)\u00a0: <\/strong>
D50\u00a0: 5-10 microns | D98\u00a0: <25 microns | Dmax\u00a0: <45 microns | Chargement\u00a0: 70-80%
Compatibilit\u00e9 \u00e9lectromagn\u00e9tique \u00e0 pas fin (BGA, flip-chip)\u00a0: <\/strong>D50\u00a0: 3-6 microns | D98\u00a0: <15 microns | Dmax\u00a0: <25 microns | Chargement\u00a0: 75-85%
Compatibilit\u00e9 \u00e9lectromagn\u00e9tique ultra-fine (encapsulation avanc\u00e9e au niveau de la plaquette)\u00a0: <\/strong>D50\u00a0: 1 \u00e0 3 microns | D98\u00a0: <\u00a08 microns | Dmax\u00a0: <\u00a012 microns | Chargement\u00a0: jusqu\u2019\u00e0 90%
Remplissage pour stratifi\u00e9 de circuit imprim\u00e9 (remplacement standard FR-4)\u00a0: <\/strong>D50\u00a0: 5-15 microns | D90\u00a0: <35 microns | Dmax\u00a0: <50 microns | Chargement\u00a0: 60-75%
Encapsulant de haut en forme de globe : <\/strong>D50\u00a0: 3-8 microns | D98\u00a0: <\u00a020 microns | Un intervalle \u00e9troit (<\u00a01,5) est critique pour la stabilit\u00e9 de la viscosit\u00e9
Note: <\/strong>Les sp\u00e9cifications varient selon la conception de l'emballage, le pas de connexion des fils et le syst\u00e8me de r\u00e9sine. Veuillez confirmer ces informations aupr\u00e8s de votre \u00e9quipe de formulation.<\/td><\/tr><\/tbody><\/table><\/figure>\n\n\n\nComment obtenir une densit\u00e9 de particules fines (PSD) tr\u00e8s faible dans la production de silice fondue<\/h2>\n\n\n\n
1. Contr\u00f4le des mati\u00e8res premi\u00e8res<\/strong><\/strong><\/h3>\n\n\n\n
2. Fraisage de pr\u00e9cision \u2014 Rectification en circuit ferm\u00e9<\/strong><\/strong><\/h3>\n\n\n\n
3. Classification de l'air \u00e0 plusieurs \u00e9tapes<\/strong><\/strong><\/h3>\n\n\n\n
4. Surveillance en temps r\u00e9el de la diffraction laser<\/strong><\/strong><\/h3>\n\n\n\n
Foire aux questions<\/strong><\/h2>\n\n\n\n
Quelle est la diff\u00e9rence entre la silice angulaire et la silice sph\u00e9rique pour les charges EMC et PCB\u00a0?<\/h3>\n\n\n\n
Comment la granulom\u00e9trie de la charge de silice affecte-t-elle la constante di\u00e9lectrique (Dk) des stratifi\u00e9s de circuits imprim\u00e9s ?<\/h3>\n\n\n\n
Poudre \u00e9pique<\/mark><\/h2>\n\n\n\n
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<\/figure>\n\n\n\n