Caracterización in-situ integrada en el proceso y modelado multiescala del comportamiento termo-mecánico dependiente de la curación de compuestos de moldeo de epoxi para una predicción precisa de deformaciones en empaques semiconductores avanzados.

La predicción precisa de la deformación termo-mecánica inducida por la curación en compuestos a base de polímeros depende críticamente de una caracterización confiable de la evolución de las propiedades del material bajo condiciones de curación relevantes para el proceso. Para la predicción de deformaciones en empaques semiconductores avanzados, se caracterizó un compuesto de moldeo de epoxi (EMC) de tipo líquido, altamente lleno de sílice, bajo historiales térmicos y de presión relevantes para el moldeo. Se presenta un marco experimental-computacional integrado en el proceso que combina dielectrometría in-situ y sensores de rejilla de Bragg (FBG) embebidos durante el moldeo por compresión con modelado multiescala basado en dinámicas moleculares (MD) para obtener un conjunto auto-consistente de propiedades termo-mecánicas dependientes de la curación y la temperatura. La gelificación bajo la historia térmica/presión aplicada fue identificada mediante dielectrometría in-situ. La detección de FBG embebido cuantificó la contracción efectiva de curación post-gel referida al punto de gelificación como ∼0.102%. Una estrategia de FBG de doble configuración utilizando dos especímenes cilíndricos concéntricos bajo ∼1 MPa permitió la reconstrucción inversa de la evolución del módulo de Young post-gel, alcanzando ∼768 MPa al final del tiempo de moldeo. La evolución del coeficiente de Poisson de la red de epoxi se obtuvo a partir de simulaciones MD entrelazadas paso a paso y se escaló al nivel del compuesto EMC utilizando homogenización de Mori–Tanaka, separando el ν dependiente de la curación (α) durante la curación del ν dependiente de la temperatura (T) durante el enfriamiento. Además, las predicciones multiescala basadas en MD muestran coincidencia con la contracción efectiva de curación cuantificada experimentalmente y la evolución del módulo post-gel reconstruido bajo la misma historia de moldeo. La relajación viscoelástica durante el enfriamiento se representó utilizando curvas maestras derivadas de DMA y superposición tiempo-temperatura. El conjunto de propiedades fue validado a través de un experimento de deformación de bi-pas EMC/Al y simulación FE del proceso (3.326 mm predicho vs. 3.393 mm medido; ∼1.97% de desviación), lo que permite una evaluación cuantitativa de los contribuyentes clave a la deformación.