La IA está remodelando la arquitectura de los semiconductores: así es como deben evolucionar los ensayos mecánicos

El ensayo multifísico se refiere a la medición simultánea del comportamiento en múltiples dominios físicos —normalmente mecánico, térmico, eléctrico y óptico— durante un único ensayo. En los ensayos tradicionales, estos dominios se miden por separado, lo que puede omitir modos de fallo que solo aparecen cuando interactúan múltiples condiciones. En el encapsulado avanzado de semiconductores, esto es muy relevante: la expansión térmica puede causar tensión mecánica, lo que desplaza la alineación óptica, lo que a su vez degrada la transmisión de la señal. Ninguno de estos efectos puede comprenderse plenamente de forma aislada. Al capturar la fuerza, el desplazamiento, la temperatura, la respuesta eléctrica y el rendimiento óptico conjuntamente y en tiempo real, los ingenieros obtienen una imagen completa de cómo se comporta realmente un dispositivo o material en servicio, y pueden identificar la causa raíz de fallos complejos y acoplados que, de otro modo, pasarían desapercibidos.

La serie 6800 de Instron es una familia de sistemas de ensayos universales diseñados para el ensayo de materiales y componentes en una amplia gama de industrias y aplicaciones. Para el ensayo de semiconductores y microelectrónica, su principal ventaja es la configurabilidad. Un único bastidor de la serie 6800 puede alojar mordazas y utillajes intercambiables —incluidos utillajes de cizalladura de pastilla, microflexión y flexión de PCB— junto con cámaras ambientales integradas y sensores de terceros. Esto significa que los ingenieros pueden realizar ensayos de tracción, compresión, cizalladura, flexión y ensayos específicos de la aplicación en una sola plataforma, en lugar de mantener una colección de instrumentos dedicados. El sistema se controla mediante el software Bluehill Universal, que admite secuencias de ensayo automatizadas, adquisición de datos multifísicos sincronizados e informes exportables, lo que lo hace idóneo tanto para la caracterización de materiales como para los ensayos de cualificación de gran volumen.

Sí. Los sistemas de ensayos universales de Instron, controlados por el software Bluehill Universal, admiten entradas y salidas analógicas y digitales que permiten la integración con sensores y sistemas de medición de terceros. Esto incluye sensores térmicos, equipos de medición eléctrica y sistemas de monitorización óptica, lo que permite una adquisición de datos sincronizada en múltiples dominios físicos dentro de un mismo ensayo. Para aplicaciones de semiconductores donde es crítico comprender la interacción entre el comportamiento mecánico, térmico, eléctrico y óptico, esta capacidad de integración es esencial. Permite a los ingenieros crear una configuración de ensayo que refleje toda la complejidad de su aplicación sin limitarse a un ecosistema de medición cerrado y propietario.

La integridad de la interfaz de unión en dispositivos apilados en 3D se evalúa principalmente mediante el ensayo de cizalladura de pastilla (die shear), que mide la fuerza necesaria para separar una pastilla de su sustrato o capa de unión. Este ensayo revela la resistencia y consistencia de las uniones adhesivas e interconexiones, y puede identificar defectos como huecos, delaminación o un área de unión insuficiente. Para ensamblajes más complejos, el ensayo de cizalladura puede combinarse con el acondicionamiento térmico, ensayando las muestras antes y después del ciclado térmico o mecánico para comprender cómo se degrada la integridad de la unión con el tiempo en condiciones reales. La alineación precisa del utillaje es fundamental para obtener resultados exactos y repetibles, razón por la cual se prefieren los utillajes de cizalladura de pastilla dedicados, diseñados para su uso en una plataforma de ensayos universal, frente a las configuraciones manuales o ad hoc.

Sí. Las cámaras ambientales integradas pueden combinarse con los sistemas de ensayos universales de Instron para aplicar condiciones térmicas —incluyendo temperaturas elevadas, temperaturas bajo cero y ciclado térmico moderado— simultáneamente con la carga mecánica. Este enfoque combinado es especialmente importante para materiales de semiconductores como adhesivos, materiales de interfaz térmica e interfaces de unión, que experimentan ambos tipos de tensión simultáneamente en servicio. Los ensayos bajo condiciones combinadas revelan modos de fallo que no aparecerían en ensayos mecánicos solo a temperatura ambiente o en acondicionamientos solo térmicos, lo que proporciona a los ingenieros una imagen más precisa de cómo se comportarán los materiales y ensamblajes a lo largo de su vida útil.

Una cámara ambiental es un recinto que controla la temperatura que rodea a una probeta durante el ensayo. Cuando se integra con un sistema de ensayos universal, la cámara se ajusta alrededor del utillaje de ensayo y la probeta, mientras que el bastidor de carga aplica la fuerza mecánica a través de la cámara, lo que permite aplicar condiciones térmicas y mecánicas simultáneamente. Las cámaras ambientales de Instron están diseñadas para funcionar con sistemas de ensayos universales y el software Bluehill Universal, de modo que los datos de temperatura pueden registrarse junto con los datos de fuerza, desplazamiento y deformación en un único registro de ensayo sincronizado. Esta integración es crítica para las aplicaciones de semiconductores donde los materiales deben cualificarse bajo las tensiones combinadas que experimentarán realmente en servicio.

El utillaje adecuado depende del material o componente que se ensaye, del tipo de tensión que experimente en servicio y de la medición específica que necesite. Como punto de partida: los utillajes de cizalladura de pastilla se utilizan para evaluar la resistencia de la unión adhesiva y de la interconexión; los utillajes de microflexión se utilizan para la caracterización de la resistencia y la fractura de la pastilla; los utillajes de flexión de PCB simulan las tensiones de flexión de montaje y operativas; y las mordazas de tracción, compresión o cizalladura se utilizan para la caracterización de materiales a granel de adhesivos, TIM y sustratos. Dado que las aplicaciones de semiconductores varían enormemente en cuanto a la geometría de la muestra, el rango de carga y la precisión requerida, el mejor enfoque es trabajar con un ingeniero de aplicaciones que pueda revisar sus requisitos de ensayo específicos y recomendarle el utillaje y la configuración del sistema adecuados. El equipo de Instron puede ayudarle con esto; póngase en contacto con nosotros a través de nuestro formulario de contacto.