Klejenie półprzewodników z PCB

10

Próbuję połączyć próbki półprzewodników (Si i Ge) ~ 1–2 cm ^ 2 z płytką drukowaną z włókna szklanego (PCB). Do innych rzeczy używamy morskiej żywicy epoksydowej z zachodniego systemu. 105 żywicy 209 utwardzacz (długi czas utwardzania.) Więc tego właśnie użyłem. (mieszane w standardowym stosunku)

Chciałem kontrolować grubość izolacji elektrycznej. Próbowałem też dodać wypełniacze do żywicy epoksydowej. Szklane koraliki (9,8 mil .. trochę gruby IMO, posypane na powierzchni.) Tlenek glinu, ziarnistość 240. (~ 1 część Al2O3 do 2 części epoksydowych, wagowo.) Wszystkie próbki (oprócz jednej Ge) pochodziły ze starego kawałka płytki Si. Próbki i płytki oczyszczono w acetonie i szorowano aplikatorem z bawełnianą końcówką. Mieszanka epoksydowa. nałożone i próbki wepchnięte na miejsce.

I pozwolono wyleczyć przez 24 godziny.

Następnie zanurzono je w ciekłym azocie (LN2). Po kilku wsadach, ogrzanych w powietrzu pokojowym, próbki sklejone wypełniaczem Al2O3 odpadły.

Po dalszym zanurzeniu próbki z surową żywicą epoksydową i koralikami odpadły. Kilka kolejnych tortur, które obejmowały także szybsze nagrzewanie za pomocą opalarki. I straciłem wszystko oprócz próbki Ge.

Jako ostateczne nadużycie próbkę Ge pobrano z LN2 i kilkakrotnie umieszczono w filiżance ciepłej wody. Pozostał przywiązany.

Wszystkie wiązania zawiodły na interfejsie Si, a żywica epoksydowa pozostała przyczepiona do płytki drukowanej (z wyjątkiem szklanych koralików, które zawiodły wszędzie).

Więc co jest nie tak?

Moja pierwsza myśl dotyczyła współczynników rozszerzalności cieplnej (CTE). Oto link do niektórych wartości , Si jest bardzo niski.
Zawartość pcb wynosi ~ 12-14 ppm.

Potem pomyślałem o sprzątaniu. Stare próbki Si mogą zawierać różnego rodzaju smary ręczne.

Ostatnią różnicą jest to, że próbki Si są wypolerowane po obu stronach, podczas gdy Ge był tylko na górze ... spód był szorstki.

wow, to było długie pytanie, (przepraszam)
Zrobiłem dziś nową partię próbek, aby spróbować odpowiedzieć na te pytania. Utwardzą się w weekend.

Zastanawiam się także, czy potrzebuję innej żywicy epoksydowej? West 105 pozostaje dość giętki.
Nie wiem, czy to dobrze, czy źle.

George Herold
źródło
Nie wiem wiele na temat łączenia z płytami powierzchniowymi, ale West 105 nie powinien pozostać giętki, jeśli jest odpowiednio wymieszany. Czy to możliwe, że jeden problem dotyczy twojego systemu dozowania lub mieszania? Bardzo ważne jest, aby składniki były mieszane we właściwej proporcji. W przeszłości używałem czułej skali, aby zmierzyć, ile z każdego składnika jest używane.
Ethan48
1
@ Ethan48, przykro mi giętkie to zbyt mocne słowo. Ta epoksydowa wydaje się nieco bardziej miękka niż inne, z których korzystałem w przeszłości. Do ważenia komponentów użyłem dobrej skali (rozdzielczość 0,01 g).
George Herold
Istnieją epoksydy sprzedawane specjalnie jako epoksydy typu „die attach”. Niektóre są przewodzące, ale niektóre nie. Z drugiej strony nie wiem, jak wytrzymałe byłyby po dodaniu wypełniacza. Abelstik, Epotek i Masterbond to nazwy, które przychodzą na myśl w przypadku tych produktów.
Photon
@ThePhoton, wysłałem dzisiaj e-mail do Masterbond. (muszą mieć ~ 100 różnych epoksydów, trochę zastraszających.) Miałem przyzwoite szczęście z czystym waflem Si. Polerowana strona wafla przykleiła się do wszystkiego, strona niepolerowana spadła z aluminiowej płyty. Nie miałem szczęścia, robiąc kontrolowaną grubość. (oprócz Ge) umieściłem dwa kawałki taśmy kaptonowej (2 mil) na każdym końcu próbki z żywicą epoksydową pomiędzy nimi. Próbki pękły na linii taśmy / żywicy epoksydowej. Potrzebuję taśmy z tym samym CTE co żywica epoksydowa ... lub odwrotnie.
George Herold
Czy naprawdę potrzebujesz żywicy epoksydowej, aby zapewnić izolację elektryczną? Ponieważ większość epoksydów przyczepiających się do matrycy będzie przeznaczona do stosowania z bardzo cienką linią wiązania. Czy możesz zmodyfikować płytkę drukowaną, aby podkładka, na której spoczywa układ, nie była z niczym podłączona elektrycznie? Czy możesz dodać przekładkę z tlenku glinu (lub innego materiału izolacyjnego) między płytką drukowaną a chipem?
Photon

Odpowiedzi:

3

Kilka rzeczy, miejmy nadzieję, pomocnych:

  1. Różnicowy skurcz termiczny jest prawie na pewno twoim wrogiem. W przypadku większości materiałów inżynierskich znaczna większość skurczów termicznych występuje między 300 a 77 K, czyli w dwóch temperaturach, w których pracujesz. Twoja płytka drukowana prawie na pewno kurczy się znacznie bardziej niż przedmiot do niej przymocowany i pęka żywicę epoksydową (normalne żywice epoksydowe są znane z pękania w środowiskach kriogenicznych).

  2. Pracuję z kriogeniką dla mojego 9-5 i używamy „lakieru GE” do prawie wszystkiego. Nazywany również lakierem IM7031. Rozpuszcza się w mieszaninie etanol / toluen i można go wypiekać na sucho. Ma tendencję do pękania w środowisku kriogenicznym. Będzie też dobrze się trzymał bez lekarstwa.

  3. Kolejną, bardziej trwałą opcją jest Stycast, który jest dostępny w różnych smakach dla różnych właściwości termicznych. Jeśli chcesz mieć MNIEJ stałej opcji, smar Apiezon N lub H działa dobrze. Smar H jest grubszy (być może konieczne, jeśli masz dużą próbkę ważącą ~ 1 g zamiast ~ 10 mg). Oba ulegają przejściu przez szkło w niskiej temperaturze i utrzymują się szczelnie, zapewniając izolację elektryczną i kontakt termiczny.

  4. Jeśli obawiasz się przerywanego kontaktu elektrycznego, papieros można zwilżyć prawie wszystkimi „goosami”, o których wspomniałem, i upewni się, że nie dojdzie do przypadkowego kontaktu. Umieść warstwę między dwiema próbkami.

  5. Dobrym ogólnym odniesieniem do technik kriogenicznych jest książka Jacka Ekina, Experimental Methods for Low Temperature Measurements.

Spartakus
źródło
1
Ta część mojego problemu została przeniesiona do kogoś innego. Ale dzięki za odniesienie do tekstu Jacka Ekina. Istnieje kilka dobrych książek o niskiej temperaturze. GK Whites „Techniki eksperymentalne w fizyce LT”, miałem wieczność (od czasu ukończenia szkoły podstawowej). Nie myślałem o bibułce papierosowej. Sprawiłem, że zadziałało, umieszczając trochę taśmy teflonowej pod końcami próbki, epoksydując, a następnie usuwając taśmę ... tylko cienką warstwę żywicy epoksydowej, która (prawdopodobnie) pochłonęła całe obciążenie termiczne.
George Herold,
1

Myślę, że do tego prawdopodobnie spróbowałbym użyć MasterBond EP21TCHT-1 do tego, czego szukasz, ma doskonałą wydajność na trudnych do sklejenia materiałach, a także jest doskonały w temperaturach kriogenicznych od minus 450 stopni F (4 stopni K) aż do + 400 stopni F. Powierzchnie muszą być jednak nieskazitelne, absolutnie wolne od smaru i lekko chropowate, aby uzyskać najlepszą przyczepność.

Jon W.
źródło
1

Zgadzam się, że szukasz żywicy epoksydowej, która po utwardzeniu pozostaje względnie elastyczna, zwłaszcza jeśli szybkości rozszerzalności cieplnej żywicy epoksydowej i podłoży są różne.

Jeśli jeszcze tego nie zrobiłeś, zaleciłbym poszukiwanie epoksydu „niewypełnienie”. Istnieje kilka produktów Loctite i Masterbond, które pasują do rachunku. Zazwyczaj płyną bardzo dobrze podczas aplikacji, mają dobrą stabilność strukturalną (nie rozszerzają się / kurczą), przetrwają temperatury ponownego lutowania (~ 250 ° C) i pozostają elastyczne po utwardzeniu. Właściwości kriogeniczne, których szukasz, mogą być trudniejsze do spełnienia.

naukowy
źródło