Na EPIC Powder Machinery, fornecemos p\u00f3 de s\u00edlica fundida e quartzo de grau eletr\u00f4nico para aplica\u00e7\u00f5es de EMC e PCB, com monitoramento em tempo real da difra\u00e7\u00e3o a laser em cada lote de produ\u00e7\u00e3o e um Certificado de An\u00e1lise completo em cada remessa.<\/p>\n\n\n\n
![\"di\u00f3xido](\"http:\/\/quartz-grinding.com\/wp-content\/uploads\/2024\/12\/Silicon-dioxide.png\")
O que significa, na pr\u00e1tica, um "controle rigoroso do tamanho das part\u00edculas"?<\/h2>\n\n\n\n
A distribui\u00e7\u00e3o granulom\u00e9trica (PSD) de um material de enchimento de s\u00edlica \u00e9 definida por pelo menos tr\u00eas n\u00fameros: D50 (tamanho mediano), D90 ou D98 (extremidade grossa da distribui\u00e7\u00e3o) e, \u00e0s vezes, D10 (extremidade fina). Cada n\u00famero controla um aspecto diferente do comportamento da sua formula\u00e7\u00e3o.<\/p>\n\n\n\n O par\u00e2metro mais comumente especificado incorretamente \u00e9 o Dmax \u2014 o tamanho m\u00e1ximo absoluto das part\u00edculas. D90 e D98 s\u00e3o medidas estat\u00edsticas; elas informam sobre 90% ou 98% das part\u00edculas, mas n\u00e3o dizem nada sobre as 2% restantes que s\u00e3o maiores. Para aplica\u00e7\u00f5es de EMC e PCBs, \u00e9 justamente nessas 2% que as falhas se originam. Um enchimento de s\u00edlica com D98 = 18 m\u00edcrons ainda pode conter part\u00edculas de 50 a 80 m\u00edcrons se o Dmax n\u00e3o for especificado e controlado separadamente. Especificar D98 e Dmax como valores separados elimina essa discrep\u00e2ncia.<\/p>\n\n\n\n Quando um enchimento de s\u00edlica possui muitas part\u00edculas ultrafinas \u2014 D10 abaixo de 0,3 m\u00edcron, ou uma longa cauda fina na distribui\u00e7\u00e3o \u2014 a \u00e1rea superficial total do enchimento aumenta drasticamente. A resina molha as superf\u00edcies do enchimento, portanto, uma \u00e1rea superficial maior significa que mais resina \u00e9 consumida para manter as part\u00edculas em suspens\u00e3o e lubrificadas. O resultado \u00e9 um aumento na viscosidade que pode ser severo: uma mudan\u00e7a de D10 de 1 m\u00edcron para D10 de 0,3 m\u00edcron na mesma carga pode aumentar a viscosidade do composto EMC em 40-60%.<\/p>\n\n\n\n Em temperaturas padr\u00e3o de moldagem por transfer\u00eancia, essa viscosidade mais alta significa que o composto n\u00e3o consegue penetrar completamente nas cavidades do molde de passo fino antes de come\u00e7ar a gelificar. O resultado \u00e9 um preenchimento incompleto \u2014 inje\u00e7\u00f5es incompletas \u2014 com vazios na embalagem final. Taxas de inje\u00e7\u00e3o incompleta de 5-15% s\u00e3o comuns em linhas de EMC que n\u00e3o controlaram a cauda fina de sua distribui\u00e7\u00e3o granulom\u00e9trica de s\u00edlica.<\/p>\n\n\n\n A solu\u00e7\u00e3o \u00e9 controlar o D10 e definir um limite superior para a fra\u00e7\u00e3o de finos (a porcentagem de material abaixo de 1 m\u00edcron). Isso requer um processo de classifica\u00e7\u00e3o em m\u00faltiplos est\u00e1gios que remova as part\u00edculas ultrafinas do produto ou um processo de moagem que evite ger\u00e1-las desde o in\u00edcio.<\/p>\n\n\n\n Na extremidade mais grossa, part\u00edculas superdimensionadas causam dois modos de falha distintos. O primeiro \u00e9 o deslocamento do fio: durante a moldagem por transfer\u00eancia, o composto EMC em fluxo exerce for\u00e7a hidr\u00e1ulica sobre as finas liga\u00e7\u00f5es de fio que conectam o chip ao substrato da embalagem. Uma part\u00edcula grande e r\u00edgida de s\u00edlica (digamos, 80 m\u00edcrons em um composto especificado para D90 = 30 m\u00edcrons) pode desviar fisicamente uma liga\u00e7\u00e3o de fio de ouro de 20 m\u00edcrons \u00e0 medida que o composto flui. O deslocamento do fio acima de 5-10% de di\u00e2metro do fio \u00e9 uma falha de confiabilidade.<\/p>\n\n\n\n O segundo modo de falha \u00e9 a delamina\u00e7\u00e3o. Part\u00edculas grandes concentram tens\u00e3o no comp\u00f3sito curado \u2014 quando o encapsulamento \u00e9 submetido a ciclos t\u00e9rmicos (de -55 a +125 graus Celsius, por exemplo, em qualifica\u00e7\u00f5es automotivas), as concentra\u00e7\u00f5es de tens\u00e3o ao redor das part\u00edculas grandes excedem a resist\u00eancia de ades\u00e3o da interface resina-carga. Trincas se iniciam nessas part\u00edculas e se propagam, eventualmente causando delamina\u00e7\u00e3o entre o EMC e o chip ou substrato.<\/p>\n\n\n\n Ambas as falhas s\u00e3o evitadas pelo controle rigoroso do Dmax \u2014 n\u00e3o apenas pelo D90 ou D98. Uma peneira vibrat\u00f3ria com a abertura correta, juntamente com uma etapa de classifica\u00e7\u00e3o por ar a jusante que remove qualquer material acima do Dmax alvo, fornece o limite superior r\u00edgido necess\u00e1rio.<\/p>\n\n\n\n O sil\u00edcio possui um coeficiente de expans\u00e3o t\u00e9rmica (CTE) de aproximadamente 3 ppm por grau Celsius. O substrato de placa de circuito impresso (PCB) de fibra de vidro ep\u00f3xi FR-4 tem um CTE em torno de 14-17 ppm por grau Celsius. O objetivo do enchimento de s\u00edlica no laminado da PCB \u00e9 preencher essa lacuna \u2014 o enchimento reduz o CTE do comp\u00f3sito para um valor pr\u00f3ximo ao do sil\u00edcio, diminuindo a tens\u00e3o nas juntas de solda durante os ciclos t\u00e9rmicos.<\/p>\n\n\n\n Essa redu\u00e7\u00e3o do CTE \u00e9 proporcional \u00e0 carga de enchimento. Carga maior = CTE composto menor = melhor correspond\u00eancia do CTE com o sil\u00edcio = maior vida \u00fatil da junta de solda. Mas uma carga alta s\u00f3 funciona se a PSD (distribui\u00e7\u00e3o do tamanho das part\u00edculas) permitir. Uma PSD ampla e mal controlada produz um empacotamento ineficiente de part\u00edculas \u2014 part\u00edculas maiores criam vazios que n\u00e3o podem ser preenchidos por part\u00edculas menores porque a propor\u00e7\u00e3o de tamanho est\u00e1 incorreta. A carga m\u00e1xima alcan\u00e7\u00e1vel cai de 85-90% (PSD bimodal estreita) para 65-75% (PSD ampla e n\u00e3o controlada), com uma perda correspondente na redu\u00e7\u00e3o do CTE.<\/p>\n\n\n\n O resultado \u00e9 um laminado de PCB com um coeficiente de expans\u00e3o t\u00e9rmica (CTE) maior do que o projetado, o que se manifesta como empenamento durante a soldagem por refluxo (o "efeito pipoca" em encapsulamentos, curvatura da placa em PCBs sem encapsulamento) e fadiga prematura da junta de solda em servi\u00e7o de campo.<\/p>\n\n\n\n Atingir e manter as especifica\u00e7\u00f5es PSD acima requer controle em quatro etapas do processo de produ\u00e7\u00e3o. Cada etapa adiciona uma camada de garantia; nenhuma delas, isoladamente, \u00e9 suficiente.<\/p>\n\n\n\n A qualidade da mat\u00e9ria-prima de s\u00edlica fundida determina o que \u00e9 poss\u00edvel alcan\u00e7ar no processamento subsequente. Densidade, teor de umidade ou n\u00edvel de impurezas inconsistentes da mat\u00e9ria-prima for\u00e7am o equipamento de processamento a operar fora de seus par\u00e2metros ideais, o que amplia a distribui\u00e7\u00e3o granulom\u00e9trica do produto final. Toda a mat\u00e9ria-prima de s\u00edlica fundida recebida deve ser testada quanto \u00e0 pureza de SiO\u2082 (meta acima de 99,71 TP3T para grau eletr\u00f4nico), densidade aparente e distribui\u00e7\u00e3o granulom\u00e9trica pr\u00e9-moagem antes de entrar no processo de produ\u00e7\u00e3o.<\/p>\n\n\n\n Para s\u00edlica de grau eletr\u00f4nico, a moagem em circuito fechado \u00e9 o padr\u00e3o. O moinho e o classificador operam em um ciclo cont\u00ednuo: o moinho reduz o tamanho das part\u00edculas, o classificador separa imediatamente as part\u00edculas em finas (dentro das especifica\u00e7\u00f5es, saem do circuito) e grossas (rejeitadas, retornam ao moinho). Isso evita a moagem excessiva de part\u00edculas j\u00e1 finas e garante que apenas o material que atenda \u00e0 especifica\u00e7\u00e3o de tamanho se acumule no fluxo de produto.<\/p>\n\n\n\n A moagem por jato de ar \u00e9 comumente usada para as granulometrias mais finas (D50 abaixo de 5 m\u00edcrons) porque fornece alta energia para redu\u00e7\u00e3o de tamanho sem contamina\u00e7\u00e3o por metal \u2014 o princ\u00edpio de moagem por ar comprimido significa que nenhuma superf\u00edcie do moinho entra em contato com o produto. Para granulometrias mais grossas (D50 de 5 a 15 m\u00edcrons), o moinho de bolas ou o moinho de rolos anulares em circuito fechado com um classificador de ar s\u00e3o mais eficientes em termos energ\u00e9ticos.<\/p>\n\n\n\n Uma \u00fanica etapa de classifica\u00e7\u00e3o separa part\u00edculas finas de grossas, mas produz uma zona de transi\u00e7\u00e3o gradual em vez de uma transi\u00e7\u00e3o abrupta. Para s\u00edlica de grau eletr\u00f4nico, onde o Dmax deve ser rigidamente limitado, \u00e9 necess\u00e1ria uma classifica\u00e7\u00e3o em m\u00faltiplos est\u00e1gios: um classificador prim\u00e1rio define o D50 e um classificador secund\u00e1rio visa especificamente a cauda grossa \u2014 removendo o material acima do limite de Dmax com alta efici\u00eancia.<\/p>\n\n\n\n Os classificadores de ar horizontais proporcionam uma separa\u00e7\u00e3o mais precisa do que os modelos verticais, pois a trajet\u00f3ria das part\u00edculas em um fluxo horizontal \u00e9 menos afetada pela sedimenta\u00e7\u00e3o gravitacional de part\u00edculas maiores. Para especifica\u00e7\u00f5es D98 abaixo de 15 m\u00edcrons \u2014 a faixa exigida para EMC avan\u00e7ada \u2014 a geometria de classificador horizontal \u00e9 a escolha padr\u00e3o.<\/p>\n\n\n\n A PSD (Distribui\u00e7\u00e3o do Tamanho de Part\u00edculas) de sa\u00edda deve ser verificada continuamente durante a produ\u00e7\u00e3o, e n\u00e3o apenas no in\u00edcio de um lote. Sensores de difra\u00e7\u00e3o a laser em linha medem o fluxo do produto a cada 30-60 segundos. Se o D50 se desviar em mais de 5% do valor alvo, ou se o D98 apresentar uma tend\u00eancia de alta, o sistema alerta o operador para um ajuste imediato dos par\u00e2metros do classificador.<\/p>\n\n\n\n Esse monitoramento cont\u00ednuo \u00e9 a \u00fanica maneira de garantir que o primeiro e o \u00faltimo saco de um lote de produ\u00e7\u00e3o tenham PSDs id\u00eanticos. A amostragem no final do lote \u2014 que consiste em verificar uma amostra ap\u00f3s 4 a 8 horas de produ\u00e7\u00e3o \u2014 n\u00e3o detecta a varia\u00e7\u00e3o intra-lote, que pode ser significativa em longos lotes de produ\u00e7\u00e3o.<\/p>\n\n\n\n A diferen\u00e7a \u00e9 fundamental para o comportamento do material de enchimento no sistema de resina. Part\u00edculas esf\u00e9ricas de s\u00edlica atuam como rolamentos de esferas no composto \u2014 elas giram livremente umas em rela\u00e7\u00e3o \u00e0s outras, permitindo uma alta carga de enchimento (at\u00e9 85-90% em peso) sem que a viscosidade se torne invi\u00e1vel. Essa alta carga \u00e9 o que permite alcan\u00e7ar a redu\u00e7\u00e3o do coeficiente de expans\u00e3o t\u00e9rmica (CTE) necess\u00e1ria para igualar o sil\u00edcio. <\/p>\n\n\n\n A s\u00edlica esf\u00e9rica \u00e9 produzida por esferoidiza\u00e7\u00e3o por chama ou s\u00edntese sol-gel e \u00e9 mais cara que a s\u00edlica angular. A s\u00edlica angular \u00e9 produzida por tritura\u00e7\u00e3o e moagem, o que cria formas irregulares e serrilhadas. O entrela\u00e7amento das part\u00edculas angulares no comp\u00f3sito curado melhora a ades\u00e3o mec\u00e2nica entre o material de enchimento e a resina, o que aumenta a resist\u00eancia \u00e0 flex\u00e3o e \u00e0 fissura\u00e7\u00e3o. A desvantagem \u00e9 uma viscosidade significativamente maior com a mesma carga, o que limita a quantidade de material de enchimento que pode ser incorporada. Para a maioria das aplica\u00e7\u00f5es modernas de comp\u00f3sitos de matriz extracelular (EMC), onde o controle do coeficiente de expans\u00e3o t\u00e9rmica (CTE) \u00e9 a prioridade, a s\u00edlica esf\u00e9rica \u00e9 a escolha padr\u00e3o. A s\u00edlica angular \u00e9 usada quando a resist\u00eancia mec\u00e2nica ou o menor custo s\u00e3o os principais fatores determinantes.<\/p>\n\n\n\n A constante diel\u00e9trica de um laminado de PCB \u00e9 uma m\u00e9dia ponderada pelo volume dos valores de Dk de seus componentes. A resina ep\u00f3xi (Dk aproximadamente 4,0), o enchimento de s\u00edlica (Dk aproximadamente 3,8 para s\u00edlica fundida) e quaisquer vazios ou bolsas de ar (Dk = 1,0). As bolsas de ar s\u00e3o a vari\u00e1vel chave. Quando a distribui\u00e7\u00e3o do tamanho de part\u00edculas (PSD) do enchimento de s\u00edlica \u00e9 ampla ou mal controlada, o empacotamento das part\u00edculas \u00e9 ineficiente e vazios se formam na interface resina-enchimento. Esses vazios reduzem o Dk do comp\u00f3sito abaixo do valor projetado e, criticamente, causam varia\u00e7\u00e3o de Dk entre lotes. Isso ocorre porque a fra\u00e7\u00e3o de vazios muda a cada lote. O controle rigoroso da PSD \u2014 especificamente, o controle do valor de span para que a densidade de empacotamento das part\u00edculas seja consistente \u2014 minimiza a forma\u00e7\u00e3o de vazios e estabiliza o Dk entre lotes. Para aplica\u00e7\u00f5es 5G mmWave em 28 GHz e acima, uma varia\u00e7\u00e3o de Dk superior a +\/- 0,05 \u00e9 suficiente para desafinar elementos de antena e reprovar a especifica\u00e7\u00e3o el\u00e9trica.<\/p>\n\n\n\nPar\u00e2metro PSD<\/strong><\/td> O que mede<\/strong><\/td> O que ele controla em EMC\/PCB<\/strong><\/td> Alcance t\u00edpico do alvo<\/strong><\/td><\/tr> D10<\/td> 10% de part\u00edculas s\u00e3o mais finas do que este tamanho<\/td> Tamanho m\u00ednimo do enchimento \u2014 o excesso de part\u00edculas finas aumenta a \u00e1rea superficial e eleva a viscosidade.<\/td> 0,5 \u2013 2 m\u00edcrons (dependendo da aplica\u00e7\u00e3o)<\/td><\/tr> D50<\/td> tamanho m\u00e9dio das part\u00edculas<\/td> Densidade de empacotamento e viscosidade basal<\/td> 3 a 10 m\u00edcrons para EMC padr\u00e3o; 1 a 5 m\u00edcrons para encapsulamentos avan\u00e7ados.<\/td><\/tr> D90<\/td> 90% de part\u00edculas s\u00e3o mais finas do que isso<\/td> Controle intermedi\u00e1rio da fra\u00e7\u00e3o grossa<\/td> 15 a 30 m\u00edcrons, dependendo da geometria do molde.<\/td><\/tr> D98 \/ D99<\/td> 98-99% de part\u00edculas s\u00e3o mais finas do que isso<\/td> Tamanho de part\u00edcula pr\u00f3ximo ao m\u00e1ximo \u2014 controle de part\u00edculas letais<\/td> Padr\u00e3o abaixo de 20 m\u00edcrons; abaixo de 10 m\u00edcrons para embalagens avan\u00e7adas.<\/td><\/tr> Dmax \/ D100<\/td> Tamanho m\u00e1ximo absoluto de part\u00edcula presente<\/td> Limite r\u00edgido \u2014 nenhuma part\u00edcula acima deste valor<\/td> Abaixo de 45 m\u00edcrons: padr\u00e3o; abaixo de 25 m\u00edcrons: passo fino; abaixo de 15 m\u00edcrons: ultrafino<\/td><\/tr> Extens\u00e3o = (D90-D10)\/D50<\/td> Amplitude da distribui\u00e7\u00e3o<\/td> Uniformidade da distribui\u00e7\u00e3o \u2014 menor amplitude = distribui\u00e7\u00e3o mais concentrada<\/td> Abaixo de 2,0 para EMC padr\u00e3o; abaixo de 1,2 para embalagens de alta densidade.<\/td><\/tr><\/tbody><\/table><\/figure>\n\n\n\n Tr\u00eas modos de falha causados pelo controle inadequado do PSD<\/h2>\n\n\n\n
1. Picos de viscosidade e doses insuficientes (o problema das part\u00edculas finas)<\/h3>\n\n\n\n
2. Varredura e delamina\u00e7\u00e3o do fio (o problema das part\u00edculas grossas)<\/h3>\n\n\n\n
3. Desajuste do coeficiente de expans\u00e3o t\u00e9rmica e empenamento da placa de circuito impresso (o problema da uniformidade)<\/h3>\n\n\n\n
Refer\u00eancia r\u00e1pida de especifica\u00e7\u00f5es: PSD de carga de s\u00edlica por aplica\u00e7\u00e3o - EMC padr\u00e3o (embalagens QFP, SOP): <\/strong>
D50: 5-10 m\u00edcrons | D98: <25 m\u00edcrons | Dmax: <45 m\u00edcrons | Carregamento: 70-80%
EMC de passo fino (BGA, flip-chip): <\/strong>D50: 3-6 m\u00edcrons | D98: <15 m\u00edcrons | Dmax: <25 m\u00edcrons | Carregamento: 75-85%
EMC ultrafino (embalagem avan\u00e7ada em n\u00edvel de wafer): <\/strong>D50: 1-3 m\u00edcrons | D98: <8 m\u00edcrons | Dmax: <12 m\u00edcrons | Carga: at\u00e9 90%
Preenchimento de laminado para PCB (substituto padr\u00e3o FR-4): <\/strong>D50: 5-15 m\u00edcrons | D90: <35 m\u00edcrons | Dmax: <50 m\u00edcrons | Carregamento: 60-75%
Encapsulante superior Glob: <\/strong>D50: 3-8 micr\u00f4metros | D98: <20 micr\u00f4metros | Intervalo estreito (<1,5) \u00e9 cr\u00edtico para a estabilidade da viscosidade.
Observa\u00e7\u00e3o: <\/strong>As especifica\u00e7\u00f5es variam de acordo com o design da embalagem, o espa\u00e7amento entre os fios de liga\u00e7\u00e3o e o sistema de resina. Confirme com sua equipe de formula\u00e7\u00e3o.<\/td><\/tr><\/tbody><\/table><\/figure>\n\n\n\nComo se obt\u00e9m uma distribui\u00e7\u00e3o de tamanho de part\u00edculas (PSD) precisa na produ\u00e7\u00e3o de s\u00edlica fundida.<\/h2>\n\n\n\n
1. Controle de Mat\u00e9rias-Primas<\/strong><\/strong><\/h3>\n\n\n\n
2. Fresagem de Precis\u00e3o \u2014 Retifica\u00e7\u00e3o em Circuito Fechado<\/strong><\/strong><\/h3>\n\n\n\n
3. Classifica\u00e7\u00e3o de ar em m\u00faltiplos est\u00e1gios<\/strong><\/strong><\/h3>\n\n\n\n
4. Monitoramento de difra\u00e7\u00e3o a laser em tempo real<\/strong><\/strong><\/h3>\n\n\n\n
Perguntas frequentes<\/strong><\/h2>\n\n\n\n
Qual a diferen\u00e7a entre s\u00edlica angular e esf\u00e9rica para preenchimento de EMC e PCB?<\/h3>\n\n\n\n
Como a distribui\u00e7\u00e3o do tamanho de part\u00edculas (PSD) da s\u00edlica afeta a constante diel\u00e9trica (Dk) em laminados de PCB?<\/h3>\n\n\n\n
P\u00f3 \u00e9pico<\/mark><\/h2>\n\n\n\n
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<\/figure>\n\n\n\n