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科学 — 无尽的前沿

碳化硅材料具有极高的硬度，接近钻石的硬度以及有优异的耐化学性，耐腐蚀性能和抗氧化性和低热膨胀系数，常被用作如：加热元件、耐火承烧板等。除此之外还被广泛用于涡轮机组件定子和转子、轴承、半导体晶圆加工设备、刹车制动盘等。

碳化硅烧结工艺重 点解析

碳化硅有很多种类，有200多种晶粒形态。不同晶粒形状的碳化碳，以及不同的烧结工艺，会生成不同特性的碳化硅成品。例如：RBSiC（Reaction-Bonded silicon carbide反应烧结）, R-SiC（Recrystallization-SiC再结晶碳化硅）, N-SiC（Nitride bonded SiC 氮化硅结合碳化硅）。

1、RBSiC (Reaction-Bonded silicon carbide) 反应烧结是工艺的最 后一步。碳/碳材料转移到硅化炉中，样品放进坩埚内后放于炉子底座上。坩埚内倒入硅化定量的硅粉，在1450°C 以上的温度时，整个工艺在真空、分压下进行，液态的硅通过碳/碳毛细管渗透其中。当样品处于硅溶液饱和状态后，表面与硅接触的地方反应形成了碳化硅。这类材料常用于碳基复合材料。

2、R-SiC(Recrystallization-SiC)再结晶碳化硅，通过研磨得到不同粒径的粉末，大颗粒为180µm，细颗粒为1.3µm（d50）。两种粉末仅需用水混合，注浆成型法得到生坯件。在50°C时干燥去除水分后，即可在2460°C下进行烧结工艺。

3、N-SiC (Nitride bonded SiC)氮化硅结合碳化硅。微米级的SiC粉末和硅Si，并与水和0.03％的粘结剂混合在一起。将混合材料放入模具中并在50°C下干燥后脱模。在氮气气氛下，炉温升至700-750°C时，粘结剂从样品中气化析出。为避免废气污染设备和实验室环境，需要把挥发出的粘结剂催化处理。在氮气气氛下继续升温至1450°C以上烧结工艺阶段。此工艺也可掺杂烧结，如掺杂Al2O3。

三种制备工艺对比

       为了显示材料的真实显微组织，准确的观察、辨别、记录和测量，正确的试样制备过程是必不可少的。试样的制备质量是决定检测结果的关键因素，犹如那句经典的计算机谚语所说：“如果输入的是垃圾，那么输出的也是垃圾。”

      标乐是材料制备和分析领域的ling导者。作为标乐金相制样的dai理商，我们不仅提供齐全的设备和耗材，更有团队为您提供需要的应用知识、技术支持和服务。今天我们为大家带来的是陶瓷金相制备的经验分享：

【陶瓷】

       陶瓷材料特别硬和脆，可能含有孔洞，必须用金刚石切割片切割。如果试样需要热腐蚀，那么试样镶嵌时就必须考虑样品还要从树脂中取出，此时环氧树脂真空填充孔洞可以不考虑。由于陶瓷自身的特点，不需要考虑变形和塑性流变的问题，但制备过程中可能会产生裂纹晶粒破裂的问题。

热压氮化硅组织 (不知名的黏结剂)

(未腐蚀，500X )

       脱落是陶瓷制备的主要问题，因为通常会把脱落当成孔洞。研磨方法采用金属黏结金刚石盘，硬研磨盘或硬抛光布的机械制备方法。SiC砂纸对陶瓷材料几乎无效，因为两者几乎一样硬。因此在所有的制备步骤中，几乎全部使用金刚石。陶瓷材料制备时的载荷比较高，经常超过手工制备的载荷。本篇文章中列出了两种常用的陶瓷制备程序。

MasterPolish 2 悬浮液用于陶瓷Z后的制备步骤，获得的表面光洁度要高于1μm的金刚石抛光。

【陶瓷材料】

方案一：

方案二：

【实用小贴士】

      使用切割片，在尽可能靠近需要制备、需要检查的平面处进行切割，这样除了把可能的损伤量降到Z少外，还能为随后制备提供Z佳的表面。粗磨相当慢，应尽量想办法避免组织结构的损伤。

      制备时候可能需要粗的研磨剂。然而，粗的研磨剂可能导致严重的晶粒脱落，因此在研磨过程中，尽量使用细的研磨剂以减少晶粒脱落现象。

难熔材料组织：铝(基体)，氧化锆(灰色)，硅(白色) (未腐蚀，200x)

Si-SiC 陶瓷 10%草酸电解腐蚀(500X)

（来源：上海西努光学科技有限公司）

      阀控铅酸蓄电池的设计原理是把所需份量的电解液注入极板和隔板中，没有游离的电解液，通过负极板潮湿来提高吸收氧的能力，为防止电解液减少把蓄电池密封，故阀控式铅酸蓄电池又称“贫液电池”。

      阀控铅酸蓄电池的极栅主要采用铅钙合金，以提高其正负极析气（H2和O2）过电位，达到减少其充电过程中析气量的目的。

      阀控铅酸蓄电池也有人称之为“免维护电池”，由于使用方便，近几年来在电力及邮电通信部门得到广泛的应用。此次制备的材料选取用于阀控铅酸蓄电池中的铅合金的原材料，该纯铅的硬度约为20HV左右。

 （阀控铅酸蓄电池）

制备方式：

      金属铅是质柔软，延展性强的材料。制备的过程中铅金属容易发生延展、研磨颗粒嵌入进而掩盖材料的真相。而且铅很容易生锈，即氧化。氧化铅形成一层致密的薄膜，防止内部的铅进一步被氧化。金相制备时，如果研磨时间长，样品容易被氧化，也难展现真实组织。这些正是金相制备的难点，因此，制备铅合金时需要特别注意研磨颗粒的嵌入、变形以及材料氧化的发生。

制备步骤：

（>> 同向 ><反向）

• Z后 15-20秒用水冲洗样品及抛光布。

* 可根据样品初始表面状态省略或更改此步骤。

** 在MasterMet 2 抛光液中添加盐酸及双氧水，体积比为6:3:1。

制备效果：

（传统方式制备出的效果）

 （标乐先进制样方式制备的效果）

制备总结：

传统的金相制备方法已经不能满足硬度较低的纯铅材料，因此Buehler采取了更为柔和的制备方式加上腐蚀抛光的过程，展现了铅金属的真实形貌。

注意点：铅金属是有毒金属，制备时需要做好安全防护以及废料收集工作！！！

（来源：上海西努光学科技有限公司）

GaN材料及其制备工艺

在理论上，GaN 材料的击穿电场强度（约3×106V/cm）与SiC 材料接近，但受半导体工艺、材料晶格失配等因素影响，GaN 器件的电压耐受能力通常在1000V 左右，安全使用电压通常在650V 以下。随着各项技术难点的攻克和先进工艺的开发，GaN 必将作为新一代GX电源器件的制备材料。
（一）GaN 材料结构及特性
GaN 是Ⅲ-V 族直接带隙宽禁带半导体，室温下纤锌矿结构的禁带宽度为3.26eV。GaN 有3 种晶体结构形式，分别为纤锌矿结构、闪锌矿结构和岩盐矿（Rocksalt）结构。其中，纤锌矿结构是Ⅲ族氮化物中Z稳定的晶体结构，闪锌矿结构以亚稳相形式存在，而岩盐矿结构是在高压条件下产生的。纤锌矿结构的GaN 材料具有其他半导体所不具备的优异物理性能，如耐化学稳定性、chao强硬度、超高熔点等，所以，GaN 基半导体器件具有优异的耐压、耐热、耐腐蚀特性。图4 为GaN 的六方纤锌矿结构和GaN 单晶。
图4 GaN的六方纤锌矿结构（a）与GaN单晶（b）
（二）GaN 晶体的制备
GaN 的共价键键能较大（E=876.9kJ/mol），在2500℃熔点下，分解压大约为4.5GPa， 当分解压低于4.5GPa 时，GaN 不熔化直接分解。所以一些典型的平衡方法（如提拉法和布里奇曼定向凝固法等），不再适用于GaN 单晶的生长。目前，只能采用一些特殊的方法来制备单晶，主要包括升华法、高温高压法、熔融结晶法和氢化物气相外延法。其中，前3 种方法对设备和工艺都有严格要求，难以实现大规模的单晶生产，不能满足商业化的要求，而氢化物气相外延（Hydride Vapor-phaseEpitaxy，HVPE）方法是目前研究的主流。大多数可以商业化方式提供GaN 的均匀衬底都是通过这种方法生产的。该技术具有设备简单、成本低、发展速度快等优点。利用金属有机化合物化学气相沉淀（Metal-organic Chemical Vapor Deposition，MOCVD）技术可以生长出均匀、大尺寸的厚膜作为衬底。目前，该技术已经成为制备外延厚膜Z有效的方法，并且生长的厚膜可以通过抛光或激光剥离衬底，作为同质外延生长器件结构的衬底。
氢化物气相外延层的位错密度随外延层厚度的增加而减小，因此，只要外延层的厚度达到一定值，就可以提高晶体质量。通过HVPE 和空隙辅助分离法（Void-assisted Separation，VAS）可以制备具有高晶体质量和良好再现性的大直径独立GaN 晶片，如图5所示。采用表面覆盖氮化钛（TiN ）纳米网的多孔GaN 模板，通过HVPE 生长了厚GaN 层，在 HVPE 生长过程中，这种生长技术在 GaN层和模板之间产生了许多小空隙，当GaN层在生长以后容易与模板分开，并且获得独立的GaN 晶片，这些晶片直径较大，表面呈镜面状，无裂缝，位错密度低。
图5 HVPE+VAS法制备具有高晶体质量和大直径独立的GaN 晶片
此外，可以采用MOCVD-GaN / 蓝宝石衬底预处理工艺来制备GaN 厚膜。主要过程为采用等离子体化学气相沉积法在MOCVD-GaN/ 蓝宝石衬底上沉积一层厚度约500nm 的SiO2，然后用电子蒸气机在衬底上蒸镀和锻造一层厚度约20nm 的Ti。退火后在SiO2 表面形成自组装的Ni 纳米团簇，作为光刻掩模。光刻后，将基体置于热HNO3 和氧化腐蚀剂中。去除Ti 和SiO2 后，通过反应离子刻蚀技术沉积一层SiO2，去除表面的SiO2，形成一层SiO2 包裹在边缘的GaN 纳米柱。Z后用HVPE 法在表面生长GaN，在冷却过程中，GaN 发生自剥离。图6 为HVPE 和纳米簇自剥离技术制备GaN 单晶的过程示意图。
图6 HVPE+纳米簇自剥离技术制备GaN单晶
上述方法不仅可以实现衬底的自剥离，而且可以形成一种特殊的结构，可以缓冲晶体的生长速度，从而提高晶体的质量，减少内部缺陷。但这些预处理方法相对复杂，会浪费大量时间，并且增加GaN 单晶的成本。
（三）GaN 异质衬底外延技术
由于GaN 在高温生长时N 的离解压很高，很难得到大尺寸的GaN 单晶材料，因此，制备异质衬底上的外延GaN 膜已成为研究GaN 材料和器件的主要手段。目前，GaN的外延生长方法有：HVPE、分子束外延（MBE）、原子束外延（ALE）和MOCVD。其中，MOCVD 是Z广泛使用的方法之一。
当前，大多数商业器件是基于异质外延的，主要衬底是蓝宝石、AlN、SiC 和Si。但是，这些基板和材料之间的晶格失配和热失配非常大。因此，外延材料中存在较大的应力和较高的位错密度，不利于器件性能的提高。图7 为衬底材料的晶格失配和热失配关系示意图。
图7 衬底材料的晶格失配和热失配关系
1. SiC 衬底上GaN 基异质结构的外延生长
由于SiC 的热导率远远高于GaN、Si和蓝宝石，所以SiC 与GaN 的晶格失配很小。SiC 衬底可以改善器件的散热特性，降低器件的结温。但GaN 和SiC 的润湿性较差，在SiC 衬底上直接生长GaN 很难获得光滑的膜。AlN 在SiC 基体上的迁移活性小，与SiC 基体的润湿性好。因此，通常在SiC 基板上用AlN 作为GaN 外延薄膜的成核层，如图8 所示。许多研究表明，通过优化AlN 成核层的生长条件可以改善CaN 薄膜的晶体质量。但生长在GaN 成核层上的GaN 薄膜仍然存在较大的位错密度和残余应力。AlN的热膨胀系数远大于GaN，在AlN 上生长的GaN 薄膜在冷却过程中存在较大的残余拉应力。拉伸应力会在一定程度上积累，并以裂纹的形式释放应力。另外，AlN 的迁移活性较低，难以形成连续的膜，导致在AlN 上生长的GaN 薄膜位错密度较大。GaN 薄膜中的裂纹和位错会导致器件性能下降甚至失效。由于晶格失配较小，一旦润湿层和裂纹问题得到解决，SiC 衬底上的GaN 晶体质量要优于Si 和蓝宝石衬底上的GaN晶体，因此，SiC 衬底上的GaN 异质结构2DEG 的输运性能更好。
图8 AlN作为过渡层的微观形貌
2. Si 衬底上GaN 基异质结构的外延生长
目前，GaN 基电力电子器件的成本与Si 器件相比仍然非常昂贵。解决成本问题的唯yi途径是利用Si 衬底外延制备GaN 基异质结构，然后利用互补金属氧化物半导体（Complementary Metal Oxide Semiconductor，CMOS）技术制备GaN 基器件，使器件的性价比超过Si 器件。但与SiC 和蓝宝石衬底相比，Si 衬底外延GaN 要难得多。GaN（0001）与Si（111）的晶格失配率高达16.9%，热膨胀系数失配（热失配）高达56%。因此，Si 衬底上GaN 的外延生长及其异质结构在应力控制和缺陷控制方面面临着严峻的挑战。
外延层材料的晶格常数差异，会导致Si 和GaN 外延层界面处的高密度位错缺陷。在外延生长过程中，大多数位错会穿透外延层，严重影响着外延层的晶体质量。但由于两层热膨胀系数不一致，高温生长后冷却过程中整个外延层的内应力积累很大，发生翘曲并导致外延层开裂。随着衬底尺寸的增大，这种翘曲和开裂现象会越来越明显。
目前，插入层和缓冲层被广泛应用于解决Si 衬底上GaN 异质外延的应力问题，目前主流的3 种应力调节方案如图9 所示。
图9 目前主流的3种应力调节方案（a）低温AlN插入层结构；（b）GaN/AlN超晶格结构；（c）AlGaN缓冲层结构
插入层技术是引入一个或多个薄层插入层来调节外延层的内应力状态，平衡在冷却过程中由热失配和晶格失配引起的外延层的拉应力，目前采用低温AlN 作为插入层来调节应力状态，如图9（a）所示。
缓冲层技术提供了压缩应力来调整外延膜中的应力平衡，目前常用的是AlGaN 梯度缓冲和AlN/(Al)GaN 超晶格缓冲，如图9（b）、（c） 所示。上述方法都能提供压应力来平衡Si 基GaN 的拉应力，使整个系统趋于应力平衡。当然，这些方法不能完全解决应力问题。缓冲层的应力调节机制尚不明确，有待于进一步探索和优化。
另外，还有报道采用表面活化键合（SAB）的低温键合工艺将GaN 层转移到SiC 和Si 衬底上，在室温下直接键合制备GaN-on-Si 结构和GaN-on-SiC 结构， 通过氩（Ar）离子束源对晶圆表面进行活化。在表面活化后，两片晶圆将被结合在一起。与Al2O3（蓝宝石）和SiC 衬底上生长的异质外延层的质量相比，Si 衬底上GaN 基异质结构的质量和电性能仍有很大差异。特别是Si 衬底上GaN 外延层存在残余应力和局域陷阱态。这些应力和缺陷控制问题没有从根本上得到解决，导致材料和器件的可靠性问题尤为突出。因此，如何在高质量的Si 衬底上制备GaN 基异质结构仍是该领域的核心问题之一。

结束语

高频、大功率、抗辐射、高密度集成宽禁带半导体电子器件的研制，需要优良的材料作基础支撑。高品质的SiC和GaN 器件需要利用外延材料制备有源区，因此，低缺陷衬底和高质量外延层对器件性能起着至关重要的作用。近年来，SiC 和GaN功率器件的制造要求和耐压等级不断提高，对衬底和异质结构（GaN-on-SiC、GaN-on-Si）的缺陷密度及外延薄膜内部的应力平衡状态都提出了更高的要求，目前通过利用AlN 作为过渡层、超晶格缓冲层等提供压应力，进而调节外延层的内部应力以平衡状态，未来对应力调控尚有大量的工作需要进行探索和优化。

由ZG金属学会（CSM）、日本金属和材料学会（JIM）、韩国金属和材料学会（KIM）、澳大利亚材料学会（MA）和美国矿物、金属及材料学会（TMS）共同主办的“第十届环太平洋先进材料与工艺国际会议”（PRICM-10）将于2019年8月18-22日在陕西省西安市召开。

先进材料作为21世纪三大共性关键技术之一，已成为经济迅猛增长的源动力和各国提升核心竞争力的战略焦点，在制造业不断向ZG集中的历史背景下，加强国际学术交流合作对于推进“ZG制造2025”，实现先进材料领域创新发展，提升我国先进材料领域的国际影响力显得尤为重要。

我公司（河南诺巴迪材料科技有限公司）特于相应时间，准时参会，热忱欢迎国内各有关单位的科技人员参加此次交流活动并莅临我公司展位进行指导工作。展位号C09.

#01 退火工艺参数的设计：

依据预冻过程和退火的原理可知，退火涉及三个关键工艺参数:退火温度，退火维持时间，退火后降温时间。

根据热力学原理，退火温度应高于最大浓缩液玻璃化转变温度(temperature of vitreoustransformation) Tg’，因为只有高于此温度时，已固化的非晶相才会回复成溶液状态，促进非晶态溶液中的水和其他物质重新结晶。有的文献认为应小于或等于共熔温度，因为在此温度才更有利于重结晶，而有的重结晶现象可以直接在热分析图谱中直接看到。因此DSC热分析是研究退火条件的重要手段。

甘露醇/蛋白溶液DSC分析曲线

退火维持时间，应该由溶质的结晶性质，退火的温度和装载高度等诸多因素决定，因此目前还没有合适的数学模型。

#02 退火的意义：

退火能够促进结晶增长，扩大升华孔道，减小升华阻力，缩短冻干时间，并且容易获得优雅的外观。有实验研究表明，2%甘露醇冻干后的横截面，在-3℃退火4小时后，孔径由原来90μm变成了120m孔，初次干燥时间由1030min减小到790min。(以下两组照片能明显看出不同预冻速率冻干后粉饼区别)

初次冻结过程由于成核温度的差异产生不同的晶粒形态和大小，从而使升华干燥不均匀，退火过程中的重结晶可减小这种差异，使产品更加均一。

退火过程能够释放出非晶态中可结晶物，提高非晶相Tg’，如甘氨酸和蔗糖(1:1）配方在-20°℃下退火，可使甘氨酸结晶析出，产品的Tg’由-44℃升高至-33℃，而且充足的结晶性骨架可以保证粉饼即使在高于Tg’的温度进行初次干燥，依然能维持良好的外观，这样就能大大提高允许的干燥温度，缩短冻干周期。

退火过程能够释放出非晶态中的水分，使其重结晶，而使解析干燥变得容易。同时使冻干粉Tg升高，从而提高稳定性。但是需要注意的是，退火过程会造成冷冻浓缩液相分离，浓缩液中蛋白质在固液界面处可能发生变性。

总结

应用QbD的理念，在设计冻干工艺过程中，预冻阶段是否退火及退火工艺参数的是必须要考虑的内容，可以通过溶质的性质，装填体积等信息及DSC热分析，电镜扫描等检测结果进行综合考虑。一个经过良好设计的退火工艺不仅能大大缩短冻干周期，而且能够提高冻干粉的稳定性。

四环冻干机

四环福瑞科仪科技发展（北京）有限公司法人由原北京四环科学仪器厂有 限公司技术研发和管理负责人担任，是为客户提供专业真空冷冻干燥设备及解 决方案的服务供应商。我们秉承“以客户为中心，追求最高的客户满意度”的 服务理念，个性服务、创新设计、高效处理、可靠保障，可根据用户需求提供 和设计单个或多个符合 GMP 相关标准的冻干设备配套系统，如负压和无菌隔 离器、自动进出料及外置 CIP 等系统。 

我们以共赢发展为本，技术服务为根，在臻于完善中与众不同，在持续发 展中追求卓越。

随着电子产品的发展趋向微型化、薄型化、高性能化，IC封装也趋于微型化、高度集成化方向发展。如图显示了倒装芯片和引线键合封装内部结构的比较。倒装芯片表示将带有焊料凸块的芯片的图案化面翻转以直接互连到带有焊球的基板，在引线键合封装中，长导线连接在芯片和基板之间。倒装芯片技术中的短互连比长线连接更有利于制造更薄更小的集成电路系统并提高电气性能。

以Underfill为例，在CSP、BGA、POP、Flip chip等工艺中中底部填充是封装技术中关键的工艺流程之一。简单来说，底部填充工艺(underfill)是将环氧树脂胶水点涂在倒装晶片边缘，液体通过气液界面处的毛细作用渗透到狭窄的间隙中，这一过程称为微毛细管流动。倒装芯片封装中，将底部填充环氧树脂填充到芯片和基板之间的间隙中，以防止焊料凸点上的裂缝和热疲劳导致的电气故障。硅芯片和有机基板之间的热膨胀系数 (CTE) 的巨大差异可能会在热循环期间对互连造成显着的热应力。因此，底部填充环氧树脂可通过 CTE 失配缓解应力，并减少基板的冲击和变形，以及保证焊点的可靠性。

然而，随着倒装焊球间隙的缩小，焊球数量不断地增加，底部填充工艺难度越来越大，分段点胶以及不同点胶方式的配合使用环境下，底部填充材料的流动路径也变得更加复杂，因此容易在固化后产生孔洞， 进而可能导致产品的可靠性下降，出现封装失效的问题。

经过对大量失效产品的分析与总结，底部填胶中的空洞气泡一般分为三种：分别是随机分布型空洞、助焊剂残留型孔洞和空气内包型空洞。

随机分散型孔洞形成的原因主要包括两个方面：1.基板吸湿；2.待点胶产品在烘烤固化前吸湿。基板本身是高分子复合材料，生产车间中存在一定的湿气，吸湿的基板在点胶后， 潮气依然吸附于基板面，经固化烘烤后可能依然有部分残存在封装体内部。

所以在产品在点胶前进行烘烤是为了去除基板中的潮气和湿气，不同类型、 不同尺寸的产品可设置不同时间的烘烤程序。另外从产品烘烤到点胶完进行固化，各个工序之间有等待时间，对于各工艺节点间的节拍的把握也是影响良率的重要因素。

底部填充在芯片倒装之后，若助焊剂清洗不干净，则会导致底部填充延迟固化甚至不固化，同时会导致底部填充胶的粘接力下降，影响器件的质量。助焊剂清洗后在焊球周围残留，其表面能与基板阻焊层芯片钝化层不同，胶体在流经焊球附近时形成不规则流动或包裹空气现象， 使得焊球附近存在微孔洞。倒装焊后的助焊剂需清洗干净，才能有效地保障倒装焊器件的长期可靠性。

空气内包型孔洞一般来源于基板清洗不充分，影响胶体在芯片底部不同区域的流动速率，容易产生孔洞；点胶工艺本身也是影响因素，边缘效应的存在使得胶体在芯片底部流动的平面形成月牙型，导致在远离点胶位置角落或者对角线区域留下较大的气泡。点胶方式常用的有 I 型、 L 型 、U 型、I+U型等，应根据芯片的大小、形状及其在基板上的位置来选择具体的点胶形式。

对于改善上述的空洞气泡问题芯片可以通过改善焊球分布、控制基板烘烤和工艺窗口时间、优化助焊剂用量及清洗参数、优化点胶工艺参数、优化点胶方式/温度以及固化条件等方式。可以看出此类方法需要芯片设计与整线工艺的优化配合调整，除此之外我们也可以通过真空压力除泡设备解决气泡问题。

溶解与扩散是解决气泡空洞问题的两大基本原理，结合设备的功能从微观层面来说，空气是无法和胶材进行反应的气体，但仍然会溶于胶材，之所以溶解度不佳，主要原因是他们的对称性和线性导致了它们的偶极矩为零，这就导致它们无法与胶材中的分子有较强的相互作用。但是它们仍然能溶于胶材，这是因为电子云是不断运动的，总会有电子分布不均匀的时候，所以在某一瞬间它们的瞬时偶极或者诱导偶极会和胶材分子的永恒偶极作用，简单来说就是气体和胶材分子之间范德华力克服了气体分子的动能，从而微溶于胶材。但是并不是所有气体分子都会被“困住”，因为根据波尔茨曼分布（Boltzmann distribution），只有少部分动能极小的分子才能被微弱的范德华力给束缚住。

温度和压力是改变气体在液体中的溶解度两个要素。温度越低，溶解度越大，压强越大，溶解度越大。

温度越高，分子的热运动越剧烈,分子动能也越大原来被液体分子束缚的气体分子具有更多的能量,容易摆脱液体分子的束缚到空气中，所以气体的溶解度随温度的升高而减小。在气体溶于液体的这个过程中，气相到溶液，有序度增加所以熵是减小的，气体分子之间几乎没有吸引力，但是气体溶解后，分子间产生了吸引力，形成相互作用力因此焓是增加的。简而言之，焓反映分子间的作用力，因为是个放热反应，所以降温有助于降低自由能变，更有助于气体溶解这个过程自发进行。

增大压强，气体分子密度增大和液面碰撞的机会增加更容易被液体分子俘获，进入液体中。所以气体的溶解度随压强的增大而增大。压强对气体溶解度的影响，是气体碰撞的宏观体现，气体和液面碰撞加剧，碰撞频率就变高。实际上气体和液体分子间的范德华吸引力的大小并未改变，但是碰撞频率增大，也能导致单位时间内有更多的气体分子被液相控制住，导致溶解度增加。

例如，将一瓶未开的可乐带上山，如果在山上休息一段时间，然后开瓶，会发现可乐会“冲”出来。这就是因为山上的气压降低，瓶内气体的压强会受到影响降低，气体溶解度降低，被释放出来，直到瓶内气体状态平衡。因为此时瓶内的气压是高过大气压的，所以开瓶时，可乐会“冲”出来。

综上所述，我们用于底部填胶的高分子聚合物胶材随着温度的变化会有从玻璃态-高弹态-黏流态的转变，因此针对于材料每个状态的温度区间，我们可以通过多重多段弹性的调节设备腔体内的温度与压力达到去除气泡的目的。以底部填胶的气泡为例，在完成点胶后界面存在多处大小各异的气泡。将产品放置真空压力除泡设备，给与腔室内压力、温度，亦或真空，腔室内的环境急剧的转变，使得气泡逃逸出界面以达到完全填覆的目的。完成内包型气泡除泡后，随着开始升温固化胶材中仍然有一定几率析出微气泡，所以我们在固化的前进行增压，同时将不再是一段式或两段式升温，在中间温度与高温段之间插入一个或多个中温段， 这样的多段升温增压固化有助于气泡的完全消除。

面对越来越难的底部填充产品，以及不同客户的需求。屹立芯创真空压力除泡系统打破传统技术瓶颈，采用多项创新发明技术，利用真空+压力交互切换的的模式有效解决气泡问题。特殊的温控方式，能够实现腔室的快速升温降温，大幅度提高UPH；炉体具有压力容器认证合格证明，并设置超压超温保护装置，使用安全；设备亦具有多项选配项目，如含氧量控制，除挥发物装置，电子增压系统，及自动开关炉门等等，可定制化设计，高质量、高信赖度。

屹立芯创多领域除泡系统智能化布设，多款功能可根据客户需求实现弹性定制。

◆ 压力除泡系统  PCS

压强0-8kg/cm2可调节，温度可达200℃，能有效去除晶粒黏着（Die Attached），光学膜贴附（OCA lamination）所造成的气泡问题。

◆ 真空压力除泡系统  VPS

利用多段真空+压力交互切换的的模式，能快速解决灌注封胶（Potting）, 底部填胶（Underfill）， 印刷涂胶（Printing）所造成的气泡问题。

◆高温+真空+压力除泡系统  PIS

多段可调节真空+压力循环模式，能够兼容高温型材料（如PI、锡膏或烧结银）的除泡，系统温度可达400℃。

除此之外还能解决其它制程工艺中产生的气泡, 提高产品的质量及可靠度。广泛应用于半导体封装，电子组装，5G通讯，新能源应用，车用零件，航天模块，生化检测等各大科技领域。

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屹立芯创 Elead Tech

屹立芯创依托核心的热流、气压等高精尖技术，以多领域除泡系统和晶圆级真空贴压膜系统为代表的两大先进封装设备体系已成功多年量产，正跻身成为全球热流与气压技术的领导者。20年+的技术沉淀，专注提升除泡和贴压膜制程良率，提供半导体产业先进封装领域整体解决方案，成功赋能全球半导体、芯片、新能源、5G、汽车等多个细分领域。

提高“生产效率”的解决方案

一直以来，各国制药商和生物制药商都有一个强烈的追求：在不牺牲质量的前提下提高生产效率。同时，预算的压力和资源的整合日益加剧，迫使制药商不得不在严苛的法规环境下少花钱多办事。

面对上述压力，制药商在检测超纯水中的导电物质时，转而采用简单技术来提高产能。电导率技术的发展和样品容器的改进，使制药行业在实验室检测领域更为高效。

电导率技术的发展

在90年代后期，美国药典（USP）水专著在制药 用纯化水或注射用水的化学检测方面有了更改。USP用电导率分析法（USP <645>）取代了一些湿化学检测法，用新的总有机碳（TOC）检测（USP <643>）取代了常常带有主观性的易氧化物检测。当时的FDA报告说，“更改检测的目的是为了利用现代分析技术，并节省成本。”1

“检测水电导率和TOC的在线仪表应安装在水系统中能够反映制程水质量的位置上。如果安装位置不是最坏情况，实验室就应继续进行USP水专著检测，以作为覆盖每个使用点的常规取样方案的一部分”。1

由于对“最坏情况”没有明确定义，制药商在进行实验室电导率检测时再次遇到难题——即如何施行 USP <645>规定的取样处理和现行取样方法。通过检查现行取样，分析和报告过程，我们能够从中更好地理解这些难题。

电导率温度

水的电导率是离子易化电流通过水时的检测值。水分子在pH和温度作用下分解成离子，产生一个可预知的电导率。3

在高温或低温下，温度对电导率读数有显著影响，因此USP <645>规定必须进行温度检测，以保证第1阶段检测的性能。水系统中的温度读数会上下波动，因此很难预测水系统中或每个使用点的导电物浓度水平。

这就是说，许多公司需要进行到电导率第2阶段检测，取样分析并报告结果。此过程非常耗时，因为 USP <645>对每个样品都提出以下要求：

电导率检测昂贵成为行业“共识”

Sievers分析仪对制造商就实验室的水化学检测实践进行了调研。40%以上的制造商表示，他们的样品检测方案不包括在线电导率取样、分析和报告。许多制造商评论说，法规中陈述的电导率分析过程过于耗时、昂贵、混乱。

其它行业的制造商不断地修改生产线和取样方法，力求改进。但对于大多数制药商来说，法规会使得制药流程和实验室检测处于时间冻结之中。2

Genzyme公司负责计量的质量总监Jun Bautista 从制造商的角度评论说，“如果您必须从水系统的每个使用点取样，电导率检测就会非常昂贵。USP <645>检测要求3个阶段检测。如果您无法使用在线技术或通过控制取样过程来完成第1阶段检测，那么在进行第2阶段检测时，您的取样、分析、报告的成本就会猛增5倍。制造商不应当花费如此高的成本。我们可以做得更好。”

清洁过程中的电导率

电导率检测常用于清洁应用，以确定清洁效果，以及清洁过程中残留的严苛无机化学品的去除情况。在监测和控制清洁工艺时，在线或联线方法不失为合乎逻辑的方法，在线或联线探头可以检测极高pH值（碱性）或较低pH值的导电性清洁剂。

然而，没有条件使用在线或联线探头的制造商只能恢复使用费时和低效的方法，或者采用USP <645>第2阶段检测。第2阶段检测会造成设备停机，成为更大的瓶颈，其成本高于水样。生产停顿给制造商将带来每小时数以百万美元的损失。

实质的改良

目前的改良缓解了制造商在进行电导率分析时所面临的困难。

符合药典

日本药典（JP16）认识到，“通常可使用带有流穿式或管插式电导池的在线设备或联线设备来连续检测电导率”4。鉴于意识到用在线或联线电导率探头难以控制温度，JP16 融合了USP <645>和欧洲药典（2.2.38）的相关内容，“在进行（不是20℃的样品）电导率监测时，允许采用USP <645>水电导率检测法，可基于三阶段方法中的阶段1和阶段2并进行部分修改。”4

离线第1阶段

在线电导率检测法提供实时检测，可以进行实时程序控制、决策、干预。然而，并非所有制药商都有条件采用在线电导率检测法。因此，USP <645>规定，在使用合适容器和正确技术的前提下，可以采用离线第1阶段检测。在此情况下就无需进行温度补偿，从而使制药商能够在采用简单技术的同时提高工作效率。

卓 越的技术

其它工艺要求用两种相互独立的技术来检测TOC和电导率。Sievers® M9 TOC分析仪可以用一个样瓶同时分析和报告TOC和电导率两个检测结果。M9便携式和实验室型分析仪配有Sievers样品电导率功能，只需两分钟即可启动简单的第1阶段检测，节省了用户的时间，去除了样品处理的难题，最 大限度地减少了潜在失败。

结论

至少在20多年前，FDA就将电导率检测引入水分析专著，认识到使用所谓的“现代分析技术”的潜在优势。至今，制造商仍在努力寻求低成本、高效率的方法来利用这种检测技术。

电导率分析为制药商和生物制药商提供了合乎逻辑的、必不可少的检测方法。随着监管机构调整工艺流程、改革法令，技术进步加上人员培训和行业协作必将加速提高全 球制造商的生产效率。

参考文献

1. 《人用药品 CGMP 附注：关于人用药品的现行良好生产规范问题的备忘录》（Human Drug CGMP Notes：A Memo on Current Good Manufacturing Practice Issues on Human Use Pharmaceuticals）”。美国食品和药品管理局：药品评估和研究中心， 合规办公室，HFD- 320， 生产和产品质量部门。1996年 12 月，4（4）。（Food and Drug Administration (US): The Division of Manufacturing and Product Quality, HFD-320, Office of Compliance, Center for Drug Evaluation and Research. 1996 Dec; 4(4).） 

2. Abboud L, Hensley S，《制药商的新规定：改进设施》（New Prescription for Drug Makers: Update the Plants）”。华尔街日报， 2003 年 9 月（The Wall Street Journal, 2003 Sep.

3. 美国药典，NF <645>电导率，（United States Pharmacopeia, NF <645> Conductivity）。网址：http://www.pharmacopeia.cn/v29240/usp29nf24s0_ c645.html

4. 《制药 用水的质量控制》（Quality Control of Water for Pharmaceutical Use）”。日本药典，第 16 版，G8 章，2246–2253 页。（Quality Control of Water for Pharmaceutical Use. Japanese Pharmacopoeia,Sixteenth Edition, 2011.ch.G8,pp.2246–2253）网址：http:// jpdb.nihs.go.jp/jp16e/jp16e.pdf

提高“生产效率”的解决方案 

       一直以来，各国的制药商和生物制药商都有一个强烈的追求：在不牺牲质量的前提下提高生产效率。 同时，预算的压力和资源的整合日益加剧， 迫使制 药商不得不在严苛的法规环境下少花钱多办事。 

       面对上述压力，制药商在测量超纯水中的导电物质 时，转而采用简单技术来提高产能。电导率技术的 发展和样品容器的改进，使制药行业在实验室测试 领域更为GX。

电导率技术的十五年发展 

        在90年代后期，美国药典（USP）水专著在制YY 纯化水或注射用水的化学测试方面有了更改。 USP  用电导率分析法（USP <645>）取代了一些湿化学 测试法，用新的总有机碳（TOC）测试（USP  <643>）取代了常常带有主观性的易氧化物测试。 当时的 FDA 报告说，“更改测试的目的是为了利用 现代分析技术，并节省成本。” ¹  

  “测试水电导率和 TOC 的在线仪表应安装在水系统中能够反映制程水质量的位置上。如果安装位置不 是Z坏情况，实验室就应继续进行 USP 水专著测试， 以作为覆盖每个使用点的常规取样方案的一部分”。 ¹          由于对“Z坏情况”没有明确定义，制药商在进行实 验室电导率测量时再次遇到难题—即如何施行 USP<645> 规定的取样处理和现行取样方法。通过检查现行取样，分析和报告过程，我们能够从中更好地理解这些难题。

电导率温度 

       水的电导率是离子易化电流通过水时的测量值。水分子在 pH 和温度作用下分解成离子，产生一个可预知的电导率。³ 

       在高温或低温下，温度对电导率读数有显著影响， 因此USP <645> 规定必须进行温度测量，以保证步骤 1 测试的性能。水系统中的温度读数会上下波动， 因此很难预测水系统中或每个使用点的导电物浓度 水平。 

       这就是说，许多公司需要进行到电导率测试步骤 2，取样分析并报告结果。此过程非常耗时，因为 USP <645>对每个样品都提出以下要求：

旧程序费时费力

Sievers技术快速、简单

电导率测试昂贵成为行业“共识” 

       Sievers 分析仪器对制造商就实验室的水化学测试实践进行了调研。40％ 以上的制造商表示，他们的 样品检测方案不包括在线电导率取样、分析和报告。 许多制造商评论说，法规中陈述的电导率分析过程 过于耗时、昂贵、混乱。 

       其它行业的制造商不断地修改生产线和取样方法， 力求改进。但是对于大多数制药商来说，法规会使 得制药流程和实验室检测处于时间冻结之中。² 

       Genzyme 公司负责计量的质量总监 Jun Bautista 从 制造商的角度评论说，“如果您必须从水系统的每个使用点取样，电导率测试就会非常昂贵。 USP  <645> 测试要求 3 个步骤测试。如果您无法使用在 线技术或通过控制取样过程来完成步骤1测试，那么在进行步骤 2 测试时，您的取样、分析、报告的 成本就会猛增 5 倍。制造商不应当花费如此高的成本。我们可以做得更好。”

清洁过程中的电导率 

       电导率测量常用于清洁应用，以确定清洁效果，以 及清洁过程中残留的严苛无机化学品的去除情况。 在监测和控制清洁工艺时，在线或联线方法不失为 合乎逻辑的方法，在线或联线探头可以测量极高 pH 值（碱性）或较低 pH 值的导电性清洁剂。 

       然而，没有条件使用在线或联线探头的制造商只能 恢复使用费时和低效的方法，或者采用 USP <645>  步骤 2 测试。步骤 2 测试会造成设备停机，成为更 大的瓶颈，其成本高于水样。生产停顿给制造商将带来每小时数以百万美元的损失。

实质的改良 

目前的改良缓解了制造商在进行电导率分析时所面临的困难。

符合药典 

       日本药典（JP16）认识到，“通常可使用带有流穿 式或管插式电导池的在线设备或联线设备来连续测 量电导率”4。鉴于意识到用在线或联线电导率探头 难以控制温度，JP16 融合了 USP <645> 和欧洲药 典（2.2.38）的相关内容，“在进行（不是 20 ℃ 的 样品）的电导率监测时，允许采用 USP <645> 水电 导率测试法，可基于三步骤方法中的步骤 1 和步骤 2...并进行部分修改。”⁴ 

离线步骤1  

       在线电导率测试法提供实时测量，可以进行实时程序控制、决策、干预。然而，并非所有的制药商都 有条件采用在线电导率测试法。因此，USP <645>  规定，在使用合适容器和正确技术的前提下，可以采用离线步骤1测试。在此情况下就无需进行温度 补偿，从而使制药商能够在采用简单技术的同时提高工作效率。

zhuo越的技术 

       其它工艺要求用两种相互独立的技术来测量 TOC 和电导率。Sievers M9 TOC 分析仪可以用一个样瓶同时分析和报告 TOC 和电导率两个测量结果。M9 便 携式和实验室型分析仪配有 Sievers 样品电导率功 能，只需两分钟即可启动简单的步骤 1 分析， 节省了用户的时间，去除了样品处理的难题，Z大限度地减少了潜在失败。

结论 

至少在十五年前，FDA 就将电导率测量引入水分析专著，认识到使用所谓的“现代分析技术”的潜在优 势。至今，制造商仍在努力寻求低成本、GX率的方法来利用这种测量技术。 电导率分析为制药商和生物制药商提供了合乎逻辑 的、必不可少的测量方法。随着监管机构调整工艺 流程、改革法令，技术进步加上人员培训和行业协 作必将加速提高制造商的生产效率。

参考文献：

1.《人用药品CGMP附注：关于人用药品的现行 良好生产规范问题的备忘录》（Human Drug  CGMP Notes：A Memo on Current Good  Manufacturing Practice Issues on Human Use  Pharmaceuticals）”。美国食品和药品管理 局： 药品评估和研究ZX， 合规办公室， HFD- 320， 生产和产品质量部门。1996年12 月，4（4）。（Food and Drug Administration  (US): The Division of Manufacturing and  Product Quality, HFD-320, Office of Compliance, Center for Drug Evaluation and  Research. 1996 Dec; 4(4).）

2. Abboud L, Hensley S，《制药商的新规定：改 进设施》（New Prescription for Drug Makers:  Update the Plants）”。华尔街日报， 2003年9 月（The Wall Street Journal, 2003 Sep.  

3. 美国药典，NF <645>电导率，（United States  Pharmacopeia, NF <645> Conductivity）。网 址： http://www.pharmacopeia.cn/v29240/usp29nf 24s0_ c645.html  

4. 《制YY水的质量控制》（Quality Control of  Water for Pharmaceutical Use）”。日本药 典，第16版，G8章，2246–2253页。（Quality  Control of Water for Pharmaceutical Use.  Japanese Pharmacopoeia, Sixteenth Edition,  2011.ch.G8,pp.2246–2253）网址：http://  jpdb.nihs.go.jp/jp16e/jp16e.pdf