Гидростатическое давление Опции

[Stepanov]

Интересный вопрос всплыл. Как влияет внешнее давление на современные микросхемы?
В частности на МК MSP430 и силовые транзисторы IR. Иными словами. Что будет если мы возьмем устройство (платку) и поместим её в сосуд с маслом (чтобы проблем с замыканиями небыло) в котором создадим давление несколько сотен кг на см2 (десятки МПа).
То что любые пустотелые элементы, кварцы, электролиты, МС в полых корпусах и т.п. схлопнуться - вопросов не вызывает, а вот как поведут себя СМ в пластиковых корпусах - вопрос.

[Stepanov]

Неужели никто глубоководную электронику не разрабатывает?

[Tanya]

Неужели никто глубоководную электронику не разрабатывает?

"Поднятие тем" со дна форума запрещено правилами.
А те, кто разрабатывает подводную электронику, помещают ее в герметичный корпус. И не экспериментируют в эту сторону. Эксперименты случаются сами - непроизвольно. Результаты Вы описали в первом посте правильно. Забавно также выглядят транзисторы в металлическом корпусе - видна внутренняя структура.

[Stepanov]

Сорри за пампинг.
С прочными корпусами понятно это классика жанра, транзисторы плющит не по деццки это логично, но вот интересно выживают ли МС в пластиковых корпусах? Наверняка же это вопрос изучали. Мы конечно прокачаем плату на соотв давление, и она может даже выдержит, но совсем уж не ясно как долго она сможет выдерживать такие испытания.

[Tanya]

. Мы конечно прокачаем плату на соотв давление, и она может даже выдержит, но совсем уж не ясно как долго она сможет выдерживать такие испытания.

А смысл? Сколько экземпляров Вы собираетесь испытывать? Как долго? Из каждой партии? От всех производителей? И проч. и т.д.
Кое-что можно заранее сказать. На последних партиях от TI на вкладыше имеется надпись - предупреждение.
После промывки не греть резко - а то лопнет.
Когда вы маслом сожмете воздух внутри корпуса, то после сброса давления снаружи, внутри будет некоторое время исходное давление, которое упадет до нуля после вытекания (медленного) масла из корпуса через щели или через образовавшиеся по Вашей воле разломы.
Отсюда вывод - перед заполнением маслом надо долго откачивать. Пробуйте.

[Oldring]

После промывки не греть резко - а то лопнет.

Это потому что скорее всего пластик насыщается водой и потом при нагреве эта вода закипает и пластик лопается. Называется "эффект попкорна". Разные корпуса по-разному чувствительны к этому. Некоторые перед пайкой нужно прогревать если они просто на воздухе полежали и насосались.

[Tanya]

Это потому что скорее всего пластик насыщается водой и потом при нагреве эта вода закипает и пластик лопается. Называется "эффект попкорна". Разные корпуса по-разному чувствительны к этому. Некоторые перед пайкой нужно прогревать если они просто на воздухе полежали и насосались.

Это очень смелое предположение, что в TI выбирается специальный пористый пластик, способный еще и воду адсорбировать в порах - не гидрофобный, а гидрофильный.
Но вода в виде паров, действительно может попасть внутрь по щелям.. рядом с выводами или еще где. Еще надо учесть, что в узких порах вода не наделает бед, а в большой внутренней полости - да.

[Oldring]

Это очень смелое предположение, что в TI выбирается специальный пористый пластик, способный еще и воду адсорбировать в порах - не гидрофобный, а гидрофильный.

Это не смелое предположение, это всего-лишь знакомство с некоторыми стандартами буржуйской электронной промышленности.

http://www.jedec.org/download/search/jstd020D-01.pdf

[Tanya]

Это не смелое предположение, это всего-лишь знакомство с некоторыми стандартами буржуйской электронной промышленности.

http://www.jedec.org/download/search/jstd020D-01.pdf

И что Вам там показалось не так... как я писала? Мы, наверное, разными глазами читаем.
Вы background читали?
А осуждаете.

[Oldring]

И что Вам там показалось не так... как я писала? Мы, наверное, разными глазами читаем.
Вы background читали?
А осуждаете.

Читал, разумеется. И еще даже читал "Terms and Definitions". Что мне показалось не так? То что там речь идет не только про "большую внутреннюю полость". И понятно что водяные пары сами по себе не могут привести в неприятностям - не больше чем обычный воздух внутри. А вот повышенная влажность пластика, приводящая при нагреве к резкому повышению давления этих водяных паров - легко может. Видимо TI прежде чем писать предупреждение протестировал и обнаружил повышенную чувствительность к влажности своих корпусов.

Есть, конечно, корпуса с полостями - но их вообще мыть не рекомендуют, насколько я помню.

[Tanya]

Читал, разумеется. И еще даже читал "Terms and Definitions". Что мне показалось не так? То что там речь идет не только про "большую внутреннюю полость". И понятно что водяные пары сами по себе не могут привести в неприятностям - не больше чем обычный воздух внутри. А вот повышенная влажность пластика, приводящая при нагреве к резкому повышению давления этих водяных паров - легко может. Видимо

Если бы волновала водопоглощательная способность пластика, так эта методика проверки (контроля) и применялась бы к пластику, а не к smd-изделиям. Были бы Вы правы, так сам по себе пластик бы и взрывался - разлетался в мелкий порошок. Вы знаете, что чем тоньше трубочка, тем она прочнее? В смысле максимального внутреннего давления...

[Oldring]

Если бы волновала водопоглощательная способность пластика, так эта методика проверки (контроля) и применялась бы к пластику, а не к smd-изделиям. Были бы Вы правы, так сам по себе пластик бы и взрывался - разлетался в мелкий порошок. Вы знаете, что чем тоньше трубочка, тем она прочнее? В смысле максимального внутреннего давления...

Вы можете предложить другое объяснение эффектам попкорна и деламинирования кристаллов?

Методика, разумеется, применяется к изделию в целом, потому что просто трещины в пластике мало кого волнуют, а если при этом от кристалла отрываются выводы - это уже серьезно с точки зрения нарушения работоспособности всего изделия в целом..

[Tanya]

Вы можете предложить другое объяснение эффектам попкорна и деламинирования кристаллов?

Методика, разумеется, применяется к изделию в целом, потому что просто трещины в пластике мало кого волнуют, а если при этом от кристалла отрываются выводы - это уже серьезно с точки зрения нарушения работоспособности всего изделия в целом..

Думаю, что вода может проникать по капиллярным дефектам или по щелям у выводов в полость внутри. Или засасыватся туда капиллярными силами (у ножек). Потом - попкорн.

[Oldring]

Думаю, что вода может проникать по капиллярным дефектам или по щелям у выводов в полость внутри. Или засасыватся туда капиллярными силами (у ножек). Потом - попкорн.

Ну какая полость у полностью залитого пластиком кристалла?

Да и как это связано в попкорном в кристаллах, которые просто в обычной неосушенной атмосфере при 60% влажности при 30 градусах вне заводской упаковки полежали слишком долго перед сборкой? Откуда в них воде взяться кроме как из обычной атмосферной влажности? А попкорн есть судя по существованию соотвествующих классов чувствительности к влажности - см. таблицу 5-1. Значит, только пластик насасывается, а потом при повышении температуры начинает активно осушаться с повышением давления водяного пара внутрях.

[SM]

Ну какая полость у полностью залитого пластиком кристалла?

Очень пакостная, из-за разного изменения геометрических размеров от температуры у пластика, у металла и у кристалла оно там все "живое". Если взять корпуса -EP (enchanced plastic package, кажется так у TI, military которые), там этого эффекта меньше, но он все равно имеет место быть.

ЗЫ
Может глубоководному товарищу взять кристаллы в виде KGD (known good die), разварить на плату, да залить чем-нить компаундо-резиноподобным? Чтобы плющить было нечего Кристаллу 200 атм. совершенно пофигу (нормальное давление при гибридизации с датчиками - их просто сплющивают - датчики с кристаллами).. Правда хрен его знает, как обеспечить отсутствие воздуха под кристаллом И хрен его знает, будет ли он еще и работать, будучи сплющен в эти 200 атм. А то еще сгибридизируется с компаундом

[Stepanov]

Прошу пардону но тут речь вообще про другое. Никакого быстрого нагревания не будет, и камеру ни один здравомыслящий человек воздухом до 500атм не накачивает, её водой или маслом накачивают, и давление резко не сбрасывается, и плата надежно защищена от влаги многослойным эластичным покрытием. Т.е. плата сухая и давление действует равномерно со всех сторон. Да и проверять будем каждое изделие. Тут вопрос скорее теоретический, надо понять как изменяются свойства кристаллов МС со всеми их слоями, работает ли флеш, куда дрейфуют нормы питающих напряжений и т.п.

Сообщение отредактировал Stepanov - Jun 16 2009, 03:08

[SM]

Тут вопрос скорее теоретический, надо понять как изменяются свойства кристаллов МС со всеми их слоями, работает ли флеш, куда дрейфуют нормы питающих напряжений и т.п.

Кристалл остается работоспособен. Если речь о CMOS. Дрейфует - надо на фабе узнавать куда что дрейфует при таких экстремальных делах. Самое главное полностью исключить пластмассовые корпуса, керамику, и прочее корпусирование и крепление кристаллов неэластичным материалом. Потому как равномерное воздействие давления на кристалл не приведет к проблемам до определенного момента, а неравномерное в результате локального продавливания жесткого пластика - фатально. Я повторюсь, классические пластмассы имеют разный температурный коэффициент расширения с кристаллом, поэтому при комнатной температуре есть зазоры между кристаллом и таким пластиком. Они там сами образуются, и никуда от них не деться при жестких пластмассах.

Допустимое давление на кристалл я бы оценил как давление, приводящее к изменению разницы геометрических размеров (разного сжатия) для алюминия, кремния, оксида кремния и вольфрама, не более чем аналогичное изменение от температуры в диапазоне рабочих температур. Информации по сжимаемости этих веществ у меня нет.

[Stepanov]

Спасибо Сергей!
Обнадежили. Т.е. дело принципиально работоспособное!

[Oldring]

Обнадежили. Т.е. дело принципиально работоспособное!

С вероятностью 50%. Либо работоспособно, либо нет. Вот Вы всем и расскажете, как ведут себя современные полупроводниковые ИС при таких давлениях.

[Tanya]

Спасибо Сергей!
Обнадежили. Т.е. дело принципиально работоспособное!

Попробуйте вазелиновое масло (можно в аптеке) вместе с платой под вакуумом греть градусов до 120 часок. Потом убрать откачку, напустить воздух и ждать, когда масло затечет во все полости. Сразу большое давление не надо - может сплющить что-нибудь. Только паять потом (если захочется) осторожнее - коэффициент расширения несколько разный. Можно предварительно масло прогреть под вакуумом при более высокой температуре или даже перегнать. Но это потребует оборудования и хорошего вакуума - масло может подгореть. Или масло для диффузионных насосов. Вазелиновое - тоже вакуумное - ВМ1 называется.

[SM]

Попробуйте вазелиновое масло (можно в аптеке) вместе с платой под вакуумом греть градусов до 120 часок. Потом убрать откачку, напустить воздух и ждать, когда масло затечет во все полости.

Может во все не затечь. Так как в обычных пластиковых корпусах допускаются скрытые полости в теле самого пластика. Или брать военку - типа тех, что с индексом -EP у тексаса. Там оно не допускается, да и пластик другой. Кстати, наверное, эту экзекуцию лучше делать с готовой спаяной платой, а не с отдельно взятой ИМС

[Oldring]

Может во все не затечь. Так как в обычных пластиковых корпусах допускаются скрытые полости в теле самого пластика. Или брать военку - типа тех, что с индексом -EP у тексаса. Там оно не допускается, да и пластик другой. Кстати, наверное, эту экзекуцию лучше делать с готовой спаяной платой, а не с отдельно взятой ИМС

Военка у амеров сейчас тоже пластиковая? Советская была керамика с металлическими припаиваемыми крышками с огромными полостями внутри. Для космоса, видимо, нормально, для океанских глубин - сильно сомневаюсь. Вроде бы у американцев аналогичные корпуса были.

[SM]

Вроде бы у американцев аналогичные корпуса были.

Да, были. Они, наверное, и сейчас где-то есть... Тогда маркировка отличалась у техаса - вместо TMS стояло SMJ или SM и обозначало керамику. А сейчас вот придумали Enchanced Plastic, лепят суффикс -EP, и тоже военка получается. То-ли технологии в пластике продвинулись, то-ли техасцы обленились, то-ли военка разной степени военности. Но вот все SMJ/SM пропали вроде как.

[Stepanov]

Вазелиновое масло мысль хорошая, но не позволит потом плату покрыть адгезивом и резиной, хотя на тему заполнения полостей надо подумать, адгезивом и прочим всё равно только по вакуумом покрывать будем, с этим проблем нет. Надо пропитку сильо проникающую подобрать совместимую с адгезивом. Техас в военном исполнении еще можно теоретически раздобыть, а вот, что делать с остальными компонентами не понятно, т.е. про силовые транзисторы IR в военном исполнении не слыхивал.
Устройство - драйвер трезфазного двигателя, почти как для моделей, и без аналоговых цепей. MSP430F2XXX думаю использовать поскольку там RC генератор на 16МГц есть, т.е. можно не париться с внешним генератором, кварцы не допускаются.

[Oldring]

Кристаллу 200 атм. совершенно пофигу (нормальное давление при гибридизации с датчиками - их просто сплющивают - датчики с кристаллами)..

После завершения этого процесса гибридизации кристал остается в напряженном состоянии, или давление снимается?

[SM]

После завершения этого процесса гибридизации кристал остается в напряженном состоянии, или давление снимается?

разумеется снимается. Я это привел в пример к тому, что воздействие такого давления не приводит к повреждению структур кристалла. При этом это воздействие хуже, чем гидростатическое, так как направлено в одном направлении, на плоскость кристалла, на его "расплющивание".

[Oldring]

разумеется снимается. Я это привел в пример к тому, что воздействие такого давления не приводит к повреждению структур кристалла. При этом это воздействие хуже, чем гидростатическое, так как направлено в одном направлении, на плоскость кристалла, на его "расплющивание".

В таком случае этот пример не говорит ничего про работоспособность кристалла при высоких давлених. Из примера понятно что кристаллическая решетка не перестраивается, но в принципе могут изменяться электрические свойства полупроводников, как я понимаю. Сейчас в новых процессорах специально используют напряженный кремний для их ускорени, например. То есть без исследований поведения используемых полупроводников при таких давлениях IMHO делать прогнозы работоспособности преждевременно.

[dpss]

Вазелиновое масло мысль хорошая, но не позволит потом плату покрыть адгезивом и резиной, хотя на тему заполнения полостей надо подумать, адгезивом и прочим всё равно только по вакуумом покрывать будем, с этим проблем нет. Надо пропитку сильо проникающую подобрать совместимую с адгезивом. Техас в военном исполнении еще можно теоретически раздобыть, а вот, что делать с остальными компонентами не понятно, т.е. про силовые транзисторы IR в военном исполнении не слыхивал.
Устройство - драйвер трезфазного двигателя, почти как для моделей, и без аналоговых цепей. MSP430F2XXX думаю использовать поскольку там RC генератор на 16МГц есть, т.е. можно не париться с внешним генератором, кварцы не допускаются.

Транзисторы и диоды можно купить в виде кристаллов и смонтировать самим (или отдать в монтаж в фирму, которая в этом специализируется ), можно купить силовой модуль который не залит пластмассой а просто накрыт крышкой - так далает Семикрон и многие другие. А вот как быть с конденсаторами - это вопрос. Может поставить маслозаполненные и приделать к каждому компенсатор давления - сильфон? Вазелиновое масло я бы заменил на трансформаторное или конденсаторное . Они более жидкие и позволят быстрее набирать и сбрасывать давление.

[SM]

То есть без исследований поведения используемых полупроводников при таких давлениях IMHO делать прогнозы работоспособности преждевременно.

Не преждевременно. Я просто не имею права больше рассказать из-за NDA. Если пользоваться той оценкой макс. давления, что я приводил, то все д.б. нормально, если это классика КМОП (изоляция - стекло, планаризация всех слоев, металлизация Al, Ti, или TiN, переходные W).

т.е. про силовые транзисторы IR в военном исполнении не слыхивал.

зато:

International Rectifier (IR) is a leading supplier of Power products in Die form. IR's Die Sales Support Team is dedicated to providing the appropriate services in order for our customers to select, test, characterize and mount IR Die quickly and efficiently allowing a fast migration into qualification and production.