Силиконовые материалы находят широкое применение в процессах сборки и герметизации изделий электроники

Силиконовые материалы находят широкое применение в процессах сборки и герметизации изделий электроники. Особые химические, оптические и механические свойства позволяют им прочно удерживать позиции в решении ряда задач. Они активно применяются в качестве инкапсулянтов, изоляторов и клеев при изготовлении светодиодов, интегральных микросхем, силовых электронных блоков и модулей. Эластичность в широком диапазоне температур позволяет использовать силиконовые эластомеры для создания изделий с рабочими температурами от -80°С до +280°С.

Температурное расширение/сжатие

Для большинства силиконовых эластомеров температурный коэффициент линейного расширения (ТКЛР) составляет ~300мкм/м°С. Это значение практически неизменно в широком диапазоне температур (от температуры замерзания до +200°C). При охлаждении силиконы сжимаются равномерно до температуры замерзания (T_з) в соответствие со своим ТКЛР. После того как достигнута точка T_з, ТКЛР увеличивается, но затем снова возвращается к стандартным значениям (рис. 1). В целом, величина ТКЛР может существенно изменяться (в 2-4 раза) для силиконовых эластомеров при прохождении точек замерзания (T_з) и плавления (T_пл). Отметим, что температура, при которой происходит изменение ТКЛР, будет зависеть от того, нагревается эластомер от температуры стеклования или охлаждается от комнатной температуры, но значение этого коэффициента в точках Т_з и Т_пл будет приблизительно одинаковым для одного и того же материала (рис. 2, 3).

Температурное расширение/сжатие является важным параметром, определяющим возможность использования того или иного силиконового материала для задач электроники. Сжатие эластомера может вызывать существенные механические напряжения и, как следствие, приводить к повреждению чувствительных компонентов. Примером такого рода дефектов может служить обрыв проволочных соединений в светодиодах при термоциклировании, когда в заливочном компаунде одновременно сочетаются высокий модуль упругости и высокий ТКЛР. Также при заливке электронных блоков и последующем охлаждении, сжатие силиконового эластомера может приводить к нарушению целостности эластомера или уходу материала из защищаемых областей. В оставшееся воздушное пространство может попадать влага и приводить к возникновению дефектов при дальнейшей эксплуатации (коррозия, снижение пробивного напряжения и проч.).

Таким образом, температурное расширение/сжатие играет важную роль в определении рабочих температур силиконовых эластомеров для задач производства изделий электроники.

Заключение

При охлаждении силиконовые эластомеры становятся более прочными, твёрдыми, но менее эластичными (таблица 2). Вместе с высоким ТКЛР это может приводить к возникновению существенных механических напряжений и последующему разрушению чувствительных компонентов, а также к возникновению дефектов в самом материале или образованию полостей, куда впоследствии могут попадать влага и загрязнения. Всё это, как привило, снижает надёжность электронных изделий, поэтому организация корректных испытаний, моделирующих реальные условия эксплуатации, является важнейшим этапом производственного процесса. Измерение твёрдости и ТКЛР с обеспечением близкой к условиям эксплуатации скорости охлаждения может стать простым и эффективным инструментом анализа поведения силиконового покрытия, геля, компаунда или клея при низких температурах и позволит получить достоверные данные о нижней границе рабочих температур материала для определённой задачи.

Таблица 2 Общие закономерности изменения физических характеристик типовых силиконовых эластомеров при охлаждении