為什麼半導體製程與可靠度測試使用氟化工程流體?
氟化工程流體是一類不導電、化學惰性、不可燃的熱傳液體,可在直接接觸電子元件與精密設備的情況下傳熱而不造成短路或腐蝕,因此廣泛用於半導體製程設備冷卻、介電浴、氣相回焊,以及熱衝擊、燒機(burn-in)、氣密測漏等可靠度測試。
相較之下,水基冷卻液導電且可能腐蝕金屬,碳氫油類可燃又容易殘留,皆不適合與帶電元件直接接觸。氟化流體介電強度高、對常見金屬與多數塑膠及彈性體惰性,且產品線涵蓋多種沸點,工程師可依工作溫度直接對應品項。本頁整理六大應用場景、溫度區間對應與選型物性清單,供製程與測試單位評估參考。
六大應用場景與流體需求
半導體廠與封測廠使用工程流體的場景可歸納為六類:製程設備冷卻、介電浴、氣相回焊、熱衝擊測試、燒機(burn-in)與氣密測漏,各場景對沸點、介電性與黏度的要求不同。
| 應用 | 運作原理 | 流體關鍵需求 |
|---|---|---|
| 製程設備冷卻 | 乾蝕刻、離子植入、CVD 等設備以封閉迴路循環流體,把射頻電極與腔體的熱帶到外部熱交換器 | 寬液態溫度範圍、低黏度、不導電、與泵浦及密封材料長期相容 |
| 介電浴/單相浸沒 | 電源模組、伺服器板卡等直接浸入絕緣液體,以自然或強制對流帶走熱量 | 高介電強度、化學惰性、沸點高於元件表面溫度以抑制蒸發損耗 |
| 氣相回焊 | 流體沸騰形成飽和蒸氣層,蒸氣在電路板表面冷凝釋放潛熱,加熱均勻且溫度不過衝 | 沸點等於目標回焊峰值溫度、高溫下熱穩定 |
| 熱衝擊測試 | 元件在高溫與低溫兩個液槽間快速轉移,驗證封裝與接點耐溫度循環的能力 | 液態範圍涵蓋測試上下限、低溫下黏度仍低以維持熱傳速度 |
| 燒機測試(burn-in) | 高溫下長時間通電運作,提前剔除早期失效品 | 測試溫度下介電穩定、蒸發損耗低、不侵蝕治具與封裝材料 |
| 氣密測漏(gross leak) | 密封元件浸入加熱流體,內部氣體受熱膨脹,自洩漏點逸出形成氣泡以供判定 | 低表面張力可潤濕微小縫隙、外觀清澈利於判讀、沸點配合測試溫度 |
溫度區間與 TMC 產品對應
選擇工程流體的第一步是確認工作溫度:單相應用的流體沸點必須高於最高操作溫度並保留裕度,雙相與氣相應用則直接以沸點作為目標相變溫度。以下依站上公開的沸點資訊整理對應品項。
| 溫度區間 | 典型應用 | 對應 TMC 品項(沸點) |
|---|---|---|
| 高溫(需求沸點約 165°C) | 燒機測試、高溫電子測試、熱衝擊高溫槽 | TMC-40 高溫測試用電子氟化液(沸點 165°C) |
| 中溫(需求沸點約 128–129°C) | 電子測試、介電浴、單相浸沒冷卻、設備冷卻迴路 | TMC-3283 電子測試用氟化液(沸點 128°C)、TMC-7500 單相浸沒冷卻用氟化液(沸點 129°C) |
| 低溫(需求沸點約 47–49°C) | 雙相浸沒冷卻、氣密測漏、需快速乾燥的製程 | TMC-49 低沸點電子氟化液(沸點 47°C)、TMC-649 雙相浸沒冷卻用氟化液(沸點 49°C) |
註:上表沸點為站上已公開之產品資訊;黏度、密度、介電強度等其餘物性,請以 TMC 規格書實際數值為準,可向我們索取。
選型物性清單
完整選型不能只看沸點,建議依下列物性逐項比對規格書與應用條件,再進行小規模實測驗證。
- 沸點與液態範圍:決定可用溫度區間與蒸發損耗,是單相/雙相應用分界的依據。
- 介電強度與介電常數:與帶電元件直接接觸時的絕緣能力,介電浴與浸沒冷卻的先決條件。
- 黏度—溫度曲線:低溫黏度影響泵送功耗與熱衝擊槽的熱傳速度。
- 密度、比熱、熱傳導係數:計算流量、泵浦揚程與換熱面積的基礎數據。
- 材料相容性:與 O-ring、密封件、泵浦與腔體材料的長期相容性,建議以實件浸泡驗證。
- 熱穩定性:高溫長時間運轉下的劣化與酸值變化,關係到換液週期。
- 表面張力:影響測漏判讀與微細縫隙的潤濕能力。
常見問題(FAQ)
熱衝擊測試液的溫度範圍怎麼選?
先確認測試規範的上下限溫度(例如 JESD22-A106 液對液熱衝擊條件),高溫槽流體的沸點必須高於測試上限並保留安全裕度,低溫槽流體在測試下限溫度仍須維持足夠低的黏度,熱傳速度才跟得上轉移節拍。以站上公開品項為例,沸點 165°C 的 TMC-40 可作為高溫槽流體的評估起點;黏度與傾點等完整數據請向我們索取規格書確認。
氣相回焊流體的沸點怎麼對應焊接溫度?
氣相回焊的原理是流體沸騰後形成飽和蒸氣層,蒸氣在電路板表面冷凝放出潛熱,因此製程峰值溫度就等於流體沸點,不會過衝。選型原則是讓流體沸點高於焊料熔點,並符合焊膏規格書要求的回焊峰值溫度;不同焊料所需的沸點不同,請告知我們您使用的焊料類型,由我們確認對應沸點的 TMC 品項。
燒機(burn-in)測試用流體需要哪些條件?
燒機測試是在高溫下長時間通電運作,以篩除早期失效品。流體必須在測試溫度下維持介電穩定、蒸發損耗低,且不與封裝材料及治具反應。站上公開品項中,沸點 165°C 的 TMC-40 定位為高溫測試用途,適合作為液冷式燒機應用的評估起點。
單相浸沒與雙相浸沒冷卻的流體怎麼區分?
單相浸沒依靠液體對流帶走熱量,流體全程不沸騰,應選擇沸點明顯高於元件表面溫度的品項,例如沸點 129°C 的 TMC-7500;雙相浸沒則利用流體在元件表面沸騰的汽化潛熱散熱,應選擇沸點貼近目標元件溫度的低沸點品項,例如沸點 49°C 的 TMC-649。
原本使用 Fluorinert FC-40 或 FC-3283 的產線,如何評估改用 TMC?
建議以「應用對應」而非化學等同的角度評估:先比對沸點與關鍵物性,再以小量樣品進行材料相容性與熱性能實測。品名對應上,原使用 FC-3283 進行電子測試者可先評估沸點 128°C 的 TMC-3283,原使用 FC-40 者可先評估沸點 165°C 的 TMC-40,實際差異以規格書與驗證結果為準。完整說明請參考 3M Fluorinert 與 Novec 替代方案說明 與 替代 3M 產品對照表。
氣密測漏(gross leak)用流體有什麼要求?
粗漏測試是將密封元件浸入加熱流體中,元件內部氣體受熱膨脹,由洩漏點逸出形成連續氣泡以供判定。流體需要低表面張力以潤濕微小縫隙、外觀清澈便於目視或影像判讀,且沸點須配合測試溫度。低沸點品項如沸點 47°C 的 TMC-49,測試後也較容易乾燥、縮短後續流程。