Ligação de semicondutores ao PCB

Estou tentando ligar amostras de semicondutores (Si e Ge) da área ~ 1-2cm ^ 2 à placa de circuito impresso de fibra de vidro (PCB). Usamos o epóxi marinho do sistema West para outras coisas. 105 endurecedor de resina 209 (longo tempo de cura). Foi isso que eu usei. (misturado na proporção padrão)

Eu queria uma espessura controlada para isolamento elétrico. Então, eu também tentei adicionar alguns preenchimentos ao epóxi. Contas de vidro (9,8 mil .. meio IMO espesso, aspergido na superfície.) Óxido de alumina, grão 240. (~ 1 parte de Al2O3 a 2 partes de epóxi, em peso.) Todas as amostras (exceto uma Ge) eram de um pedaço antigo de bolacha de Si. Amostras e pcb foram limpos em acetona e lavados com aplicador com ponta de algodão. Epóxi misturado. aplicado e amostras empurradas no lugar.

E permitido curar por 24 horas.

Eles então mergulharam em nitrogênio líquido (LN2). Depois de alguns afundamentos, o aquecimento do ar ambiente, as amostras coladas com a carga de Al2O3 caíram.

Depois de mais imersão, as amostras mantidas com epóxi bruto e contas caíram. Mais algumas torturas que também incluíram o aquecimento mais rápido com uma pistola de calor. E eu tinha perdido tudo, menos a amostra Ge.

Como abuso final, a amostra Ge foi retirada do LN2 e colocada em um copo de água morna, várias vezes. Permaneceu em anexo.

Todas as ligações falharam na interface Si, e o epóxi permaneceu ligado ao PCB (exceto as esferas de vidro, que falharam em todos os lugares).

Então, oque há de errado?

Meu primeiro pensamento foi sobre os coeficientes de expansão térmica (CTE). Aqui está um link para alguns valores : o Si é muito baixo.
O pcb é de ~ 12-14 ppm.

Eu então pensei em limpar. As amostras antigas de Si podem ter todos os tipos de graxa manual.

A diferença final é que as amostras de Si são polidas em ambos os lados, enquanto o Ge estava apenas no topo ... o fundo era áspero.

uau, essa foi uma pergunta longa, (desculpe)
Criei um novo lote de amostras hoje para tentar responder a essas perguntas. Eles vão curar no fim de semana.

Também me pergunto se preciso de um epóxi diferente. O oeste 105 permanece um pouco flexível.
Não sei se isso é bom ou ruim.

electrical-engineering joining epoxy

— George Herold
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Não sei muito sobre colagem com placas de superfície, mas o West 105 não deve permanecer flexível se for misturado corretamente. É possível que haja um problema no seu sistema de medição ou mistura? É fundamental que os componentes sejam misturados na proporção correta. Eu usei uma escala sensível no passado para medir quanto de cada componente é usado.

— precisa saber é o seguinte

@ Ethan48, desculpe, acho que flexível é uma palavra muito forte. Este epóxi parece um pouco mais suave do que outros que usei no passado. Usei uma boa balança (resolução de 0,01 g) para pesar os componentes.

— precisa

Existem epóxi vendidos especificamente como epóxi "die attach". Alguns são condutores, mas outros não. Por outro lado, não sei quão robustos eles seriam depois de adicionar o preenchimento. Abelstik, Epotek e Masterbond são nomes que vêm à mente para esses produtos.

— O fóton

@ ThePhoton, enviei um email para a Masterbond hoje. (eles devem ter ~ 100 epóxis diferentes, um pouco intimidante.) Tive sorte decente com uma bolacha de Si limpa. O lado polido da bolacha grudava em tudo, o lado não polido caiu da laje de alumínio. Não tive sorte em fazer uma espessura controlada. (exceto com Ge) eu coloquei dois pedaços de fita kapton (2 mil) em cada extremidade da amostra com epóxi no meio. Amostras rachadas diretamente na linha de fita / epóxi. Preciso de fita adesiva com o mesmo CTE do epóxi ... ou vice-versa.

— George Herold 27/01

Você realmente precisa do epóxi para fornecer isolamento elétrico? Como a maioria dos epóxis de fixação de molde será destinada ao uso com uma linha de união muito fina. Você poderia modificar o PCB para que o bloco sobre o qual o chip repousa não esteja conectado eletricamente a nada? Você poderia adicionar um espaçador de alumina (ou outro material isolante) entre a placa de circuito impresso e o chip?

— O fóton

Respostas:

Algumas coisas, espero que úteis:

A contração térmica diferencial é quase certamente seu inimigo. Para a maioria dos materiais de engenharia, a grande maioria das contrações térmicas ocorre entre 300 e 77 K, as duas temperaturas em que você está trabalhando. Seu PCB está quase certamente encolhendo muito mais do que o que está ligado a ele e quebrando seu epóxi (os epóxis de resina normais são notórios por rachar em ambientes criogênicos).
Eu trabalho com criogenia para o meu 9-5 e usamos o "verniz GE" para praticamente tudo. Também chamado verniz IM7031. Afina com a mistura de etanol / tolueno e pode ser assado a seco. Tende a não quebrar em ambientes criogênicos. Ele se manterá muito bem sem cura também.
Outra opção mais permanente é o Stycast, que possui sabores diferentes para diferentes propriedades térmicas. Se você deseja uma opção permanente MENOS, a graxa Apiezon N ou H funciona bem. A graxa H é mais espessa (talvez necessária se você tiver uma amostra grande que pesa ~ 1g em vez de ~ 10 mg). Ambos passam por uma transição vítrea a baixa temperatura e mantêm-se firmes, proporcionando isolamento elétrico e contato térmico.
Se você estiver preocupado com o contato elétrico intermitente, o papel do cigarro pode ser umedecido com praticamente todas as "gosmas" que mencionei e garantirá que não haja contato acidental. Coloque uma camada entre suas duas amostras.
Uma boa referência de uso geral sobre técnicas criogênicas é o livro de Jack Ekin, Experimental Methods for Low Temperature Measures.

— Spartacus
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Esta parte do meu problema foi transferida para outra pessoa. Mas obrigado pela referência ao texto de Jack Ekin. Existem alguns bons livros de baixa temperatura. GK Whites "Técnicas experimentais em física LT", que eu sempre tive (bem desde a pós-graduação). Eu não tinha pensado em papel de cigarro. Consegui fazer funcionar colocando algumas fitas de teflon embaixo das extremidades da amostra, removendo a epóxi e removendo a fita ... apenas uma fina camada de epóxi que (presumivelmente) absorveu toda a tensão térmica.

— George Herold 26/10

Eu acho que provavelmente tentaria usar o MasterBond EP21TCHT-1 para o que você procura, possui excelente desempenho em materiais difíceis de colar e também é excelente em temperaturas criogênicas de 4 graus negativos (450 graus F) até + 400 graus F. As superfícies precisam estar impecáveis, absolutamente isentas de graxa e levemente ásperas para melhor aderência.

— Jon W
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Concordo que você está procurando um epóxi que se mantenha relativamente flexível após a cura, especialmente se as taxas de expansão térmica do epóxi e dos substratos forem diferentes.

Se você ainda não o fez, recomendo pesquisar por epóxi "underfill". Existem alguns produtos Loctite e Masterbond que se encaixam na conta. Eles normalmente fluem muito bem durante a aplicação, têm boa estabilidade estrutural (não se expandem / contraem), sobrevivem às temperaturas de refluxo da solda (~ 250 ° C) e permanecem flexíveis após a cura. As propriedades criogênicas que você procura podem ser mais difíceis de satisfazer.

— nerd
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