การทดสอบ Thermal shock
ใน Semiconductor

ความสำคัญของการทดสอบ Thermal shock ใน Semiconductor

รูปที่ 1 Die attach material [1]

รูปที่ 2 Wire bonding material [2]

Thermal shock เป็นการทดสอบที่บ่งชี้ถึงความทนทาน (Durability) ของเหล่า semiconductor ซึ่งใช้การทดสอบวนซ้ำ (Cycle) จากอุณหภูมิสูงสุดมาต่ำสุด โดยการทำวนซ้ำ ๆ จะทำให้เกิดการแตก (Crack phenomenon) รอบตัว Chip ไม่ว่าจะเป็นกาวเรซิ่น (Resin seal) วัสดุที่ใช้เชื่อมต่อใน semiconductor (Bonding material) เช่น

1.) วัสดุเชื่อมแบบแนบตาย (Die attach material) ได้แก่ อีพ็อกซี่เรซิ่น (Epoxy resin) ซิลเวอร์อีพ็อกซี่ (Silver epoxy) และ solder plate

2.) วัสดุเคลือบที่ทำมาจากลวด (Wire bonding material) เช่น ทอง อะลูมิเนียม คอปเปอร์ ซึ่งจะใช้ลวดเหล่านี้ต่อระหว่างได (Die) กับขาลีดเฟรม (Lead frame)

3.) สารประกอบที่ใช้ขึ้นรูปเป็นแม่แบบให้กับ semiconductor โดยวัสดุเหล่านี้มีความสำคัญคือ ป้องกันการกระแทก กันน้ำ และสารที่มาปนเปื้อนแก่ตัว chip ซึ่งวัสดุที่ใช้กันทั่วไป ได้แก่ อีพ็อกซี่เรซิ่น วัสดุที่มีส่วนประกอบหลักจากซิลิโคน (Silicone-based compound) รวมถึงแม่แบบอีพ็อกซี่ (Epoxy molding compound, EMC) และแม่แบบถ่ายโอน (Transfer molding comound, TMC)

4.) วัสดุที่ใช้เสริมแรง (Underfill material) ที่ใช้ระหว่างข้อต่อประสานระหว่าง semiconductor และแผ่นซับสเตรท (Substrate) โดยเฉพาะในวิธีการบัดกรีอ่อนด้วย Flip chip ที่ช่วยให้เกิดการกระจายตัวต่อแรงกดอีกครั้ง (Mechanical stress) ทั้งยังทำให้เกิดความน่าเชื่อถือ (Reliability) โดยป้องกันการแตกหักของข้อต่อผสานอีกทีหนึ่ง

การทำ Thermal shock นั้นจะทำโดยการเปลี่ยนอุณหภูมิแบบกะทันหัน ซึ่งการเปลี่ยนแปลงแบบกะทันหันนี้เองทำให้อุณหภูมิภายนอกและภายในของชิ้นงานมีความแตกต่างกัน วัสดุจึงเกิดการขยายตัวที่แตกต่างกันและเกิดการแตกหักขึ้นหากเกินค่าที่วัสดุสามารถรับได้ ซึ่งวิธีการทำ Thermal shock ทำได้ทั้งหมด 2 วิธี [3] ดังนี้

1.) Air-to-Air เป็นการใช้อากาศซึ่งนำความร้อนไปสู่ตัววัสดุ โดยจะแบ่งเป็น 2 ตู้แยกกัน คือ ตู้ที่มีอุณหภูมิที่สูง และตู้ที่มีอุณหภูมิต่ำ

2.) Liquid-to-liquid เป็นการใช้ของเหลวในการนำความร้อน ซึ่งจะแยกเป็น 2 ตู้เช่นเดียวกับ Air-to-Air แต่แตกต่างตรงตู้ที่บรรจุของเหลวที่มีอุณหภูมิสูงและตู้ที่บรรจุของเหลวที่มีอุณหภูมิเย็นหรือต่ำ