Verbinden von Halbleitern mit Leiterplatten

Ich versuche, Halbleiterproben (Si und Ge) mit einer Fläche von ~ 1-2 cm ^ 2 an Glasfaser-Leiterplatten (PCB) zu binden. Wir verwenden für andere Dinge Marine-Epoxidharz des West-Systems. 105 Harz 209 Härter (lange Aushärtezeit) Das habe ich also verwendet. (gemischt im Standardverhältnis)

Ich wollte eine kontrollierte Dicke für die elektrische Isolation. Also habe ich auch versucht, dem Epoxidharz einige Füllstoffe hinzuzufügen. Glasperlen (9,8 mil .. etwas dickes IMO, auf die Oberfläche gestreut.) Aluminiumoxid, Körnung 240. (~ 1 Teil Al 2 O 3 bis 2 Teile Epoxid, bezogen auf das Gewicht.) Alle Proben (außer einem Ge) stammten von einem alten Stück Si-Wafer. Proben und Leiterplatte wurden in Aceton gereinigt und mit einem Applikator mit Baumwollspitze gewaschen. Epoxid gemischt. angewendet und Proben in Position geschoben.

Und 24 Stunden aushärten lassen.

Sie wurden dann in flüssigen Stickstoff (LN2) getaucht. Nach ein paar Dunks, die sich in der Raumluft erwärmten, waren die mit Al2O3-Füllstoff geklebten Proben abgefallen.

Nach mehrem Eintauchen fielen die mit rohem Epoxidharz und Perlen gehaltenen Proben ab. Noch ein paar Folterungen, zu denen auch eine schnellere Erwärmung mit einer Heißluftpistole gehörte. Und ich hatte alles außer der Ge-Probe verloren.

Als letzten Missbrauch wurde die Ge-Probe aus LN2 entnommen und mehrmals in eine Tasse warmes Wasser gegeben. Es blieb verbunden.

Alle Bindungen versagten an der Si-Grenzfläche, und das Epoxid blieb an der Leiterplatte haften (mit Ausnahme der Glasperlen, die überall versagten).

Also, was ist falsch?

Mein erster Gedanke war über die Wärmeausdehnungskoeffizienten (CTE). Hier ist ein Link zu einigen Werten , Si ist sehr niedrig.
Die Platine beträgt ~ 12-14 ppm.

Ich dachte dann über das Putzen nach. Die alten Si-Proben können alle Arten von Handfett enthalten.

Der letzte Unterschied besteht darin, dass die Si-Proben auf beiden Seiten poliert sind, während sich das Ge nur oben befand ... der Boden war rau.

Wow, das war eine lange Frage. (Entschuldigung)
Ich habe heute eine neue Reihe von Proben zusammengestellt, um zu versuchen, diese Fragen zu beantworten. Sie werden über das Wochenende heilen.

Ich frage mich auch, ob ich ein anderes Epoxid benötige. Der West 105 bleibt etwas geschmeidig.
Ich weiß nicht, ob das gut oder schlecht ist.

electrical-engineering joining epoxy

— George Herold
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Ich weiß nicht viel über das Verkleben mit Oberflächenbrettern, aber West 105 sollte nicht biegsam bleiben, wenn es richtig gemischt wird. Ist es möglich, dass ein Problem mit Ihrem Dosier- oder Mischsystem vorliegt? Es ist wichtig, dass die Komponenten im richtigen Verhältnis gemischt werden. Ich habe in der Vergangenheit eine empfindliche Skala verwendet, um zu messen, wie viel von jeder Komponente verwendet wird.

— Ethan48

@ Ethan48, Entschuldigung, ich denke, biegsam ist ein zu starkes Wort. Dieses Epoxidharz scheint etwas weicher zu sein als andere, die ich in der Vergangenheit verwendet habe. Ich habe eine schöne Waage (0,01 g Auflösung) verwendet, um die Komponenten zu gewichten.

— George Herold

Es gibt Epoxide, die speziell als "Die Attach" -Epoxide verkauft werden. Einige sind leitfähig, andere nicht. Andererseits weiß ich nicht, wie robust sie sein würden, wenn Sie Füllstoff hinzufügen. Abelstik, Epotek und Masterbond sind Namen, die für diese Produkte in den Sinn kommen.

— Das Photon

@ThePhoton, ich habe heute eine E-Mail an Masterbond gesendet. (Sie müssen ~ 100 verschiedene Epoxide haben, ein bisschen einschüchternd.) Ich hatte ordentliches Glück mit einem sauberen Si-Wafer. Die polierte Seite des Wafers klebte an allem, die unpolierte Seite fiel von der Aluminiumplatte. Ich hatte kein Glück, eine kontrollierte Dicke zu machen. (außer bei Ge) Ich legte zwei Stücke Kaptonband (2 mil) an jedes Ende der Probe mit Epoxidharz dazwischen. Die Proben sind direkt an der Band- / Epoxidlinie gerissen. Ich brauche Klebeband mit dem gleichen CTE wie das Epoxidharz ... oder umgekehrt.

— George Herold

Benötigen Sie das Epoxid wirklich, um eine elektrische Isolation zu gewährleisten? Da die meisten Epoxidharze mit Chipbefestigung für die Verwendung mit einer sehr dünnen Verbindungslinie vorgesehen sind. Könnten Sie die Platine so modifizieren, dass das Pad, auf dem der Chip ruht, nicht elektrisch mit irgendetwas verbunden ist? Könnten Sie einen Abstandhalter aus Aluminiumoxid (oder einem anderen Isoliermaterial) zwischen der Platine und dem Chip anbringen?

— Das Photon

Antworten:

Ein paar Dinge, hoffentlich hilfreich:

Differenzielle Wärmekontraktion ist mit ziemlicher Sicherheit Ihr Feind. Bei den meisten technischen Materialien tritt die überwiegende Mehrheit der Wärmekontraktion zwischen 300 und 77 K auf, den beiden Temperaturen, bei denen Sie arbeiten. Ihre Leiterplatte schrumpft mit ziemlicher Sicherheit viel stärker als das daran befestigte und reißt Ihr Epoxidharz (normale Harzepoxide sind bekannt dafür, dass sie in kryogenen Umgebungen Risse bekommen).
Ich arbeite mit Kryotechnik für meine 9-5 und wir verwenden "GE-Lack" für fast alles. Wird auch als IM7031-Lack bezeichnet. Verdünnt mit Ethanol / Toluol-Mischung und kann trocken gebacken werden. Neigt dazu, in kryogenen Umgebungen nicht zu reißen. Es wird auch ohne Heilung ziemlich gut halten.
Eine weitere, dauerhaftere Option ist Stycast, das in verschiedenen Geschmacksrichtungen für unterschiedliche thermische Eigenschaften erhältlich ist. Wenn Sie eine WENIGER dauerhafte Option wünschen, funktioniert Apiezon N- oder H-Fett gut. H-Fett ist dicker (möglicherweise erforderlich, wenn Sie eine große Probe haben, die ~ 1 g statt ~ 10 mg wiegt). Beide durchlaufen bei niedriger Temperatur einen Glasübergang und halten sich fest, während sie eine elektrische Isolation und einen thermischen Kontakt gewährleisten.
Wenn Sie sich Sorgen über einen zeitweiligen elektrischen Kontakt machen, kann Zigarettenpapier von nahezu allen von mir erwähnten "Gänsen" benetzt werden und stellt sicher, dass kein versehentlicher Kontakt vorliegt. Legen Sie eine Schicht zwischen Ihre beiden Proben.
Eine gute allgemeine Referenz zu kryogenen Techniken ist Jack Ekins Buch Experimentelle Methoden für Niedertemperaturmessungen.

— Spartacus
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Dieser Teil meines Problems ist zu jemand anderem übergegangen. Aber danke für den Hinweis auf Jack Ekins Text. Es gibt nur wenige gute Niedertemperaturbücher. GK Whites "Experimentelle Techniken in der LT-Physik" hatte ich schon immer (also seit meinem Schulabschluss). Ich hatte nicht an Zigarettenpapier gedacht. Ich habe es zum Laufen gebracht, indem ich ein Teflonband unter die Enden der Probe gelegt, epoxidiert und dann das Band entfernt habe ... nur eine dünne Epoxidschicht, die (vermutlich) die gesamte thermische Belastung aufgenommen hat.

— George Herold

Ich denke, dafür würde ich wahrscheinlich versuchen, MasterBond EP21TCHT-1 für das zu verwenden, wonach Sie suchen. Es hat eine hervorragende Leistung bei schwer zu bindenden Materialien und ist auch bei kryogenen Temperaturen von minus 450 Grad F (4 Grad K) bis + + ausgezeichnet Die Oberflächen müssen jedoch makellos, absolut fettfrei und leicht aufgeraut sein, um eine optimale Haftung zu erzielen.

— Jon W.
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Ich würde zustimmen, dass Sie nach einem Epoxid suchen, das beim Aushärten relativ flexibel bleibt, insbesondere wenn die Wärmeausdehnungsraten des Epoxids und der Substrate unterschiedlich sind.

Wenn Sie dies noch nicht getan haben, würde ich empfehlen, nach "Unterfüllung" -Epoxid zu suchen. Es gibt einige Loctite- und Masterbond-Produkte, die genau das Richtige für Sie sind. Sie fließen normalerweise während der Anwendung sehr gut, haben eine gute strukturelle Stabilität (nicht ausdehnen / zusammenziehen), überstehen die Lötmittelrückflusstemperaturen (~ 250 ° C) und bleiben beim Aushärten flexibel. Die von Ihnen gesuchten kryogenen Eigenschaften sind möglicherweise schwerer zu befriedigen.

— geekly
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