Liaison de semi-conducteurs au PCB

J'essaie de lier des échantillons de semi-conducteurs (Si et Ge) ~ 1-2 cm ^ 2 à une carte de circuit imprimé (PCB) en fibre de verre. Nous utilisons l'époxy marin du système West pour d'autres choses. 105 durcisseur résine 209 (long temps de durcissement.) C'est donc ce que j'ai utilisé. (mélangé au rapport standard)

Je voulais une épaisseur contrôlée pour l'isolation électrique. J'ai donc également essayé d'ajouter des charges à l'époxy. Perles de verre (9,8 mil .. un peu épais IMO, saupoudré sur la surface.) Oxyde d'alumine, grain 240. (~ 1 partie d'Al2O3 pour 2 parties d'époxy, en poids.) Tous les échantillons (sauf un Ge) provenaient d'un vieux morceau de plaquette de Si. Les échantillons et le PCB ont été nettoyés à l'acétone et frottés avec un applicateur à pointe de coton. Epoxy mélangé. appliqué et les échantillons mis en place.

Et laissé durcir pendant 24 heures.

Ils ont ensuite trempé dans de l'azote liquide (LN2). Après quelques dunks, se réchauffant dans l'air ambiant, les échantillons collés avec du remplisseur Al2O3 étaient tombés.

Après plus de trempage, les échantillons retenus avec de l'époxy brut et des perles sont tombés. Quelques tortures supplémentaires qui comprenaient également un réchauffement plus rapide avec un pistolet thermique. Et j'avais tout perdu sauf l'échantillon Ge.

Comme dernier abus, l'échantillon de Ge a été prélevé dans le LN2 et placé dans une tasse d'eau tiède, plusieurs fois. Il est resté attaché.

Toutes les liaisons ont échoué à l'interface Si, et l'époxy est resté attaché au PCB (sauf pour les billes de verre, qui ont échoué partout.)

Alors, qu'est-ce qui ne va pas?

Ma première pensée a été sur les coefficients de dilatation thermique (CTE) Voici un lien vers certaines valeurs , Si est très faible.
Le PCB est ~ 12-14 ppm.

J'ai alors pensé au nettoyage. Les anciens échantillons de Si peuvent contenir toutes sortes de graisses pour les mains.

La dernière différence est que les échantillons de Si sont polis des deux côtés, alors que le Ge n'était que sur le dessus ... le fond était rugueux.

wow, c'était une longue question, (désolé)
j'ai inventé un nouveau lot d'échantillons aujourd'hui pour essayer de répondre à ces questions. Ils guériront le week-end.

Je me demande aussi si j'ai besoin d'un époxy différent? Le West 105 reste quelque peu flexible.
Je ne sais pas si c'est une bonne ou une mauvaise chose.

Quelques éléments, je l'espère utiles:

1. La contraction thermique différentielle est presque certainement votre ennemie. Pour la plupart des matériaux d'ingénierie, la grande majorité de la contraction thermique se produit entre 300 et 77 K, les deux températures auxquelles vous travaillez. Votre PCB rétrécit presque certainement beaucoup plus que la chose qui y est attachée et fissure votre époxy (les époxydes de résine normaux sont connus pour se fissurer dans des environnements cryogéniques).

2. Je travaille avec la cryogénie pour mon 9-5 et nous utilisons du "vernis GE" pour à peu près tout. Aussi appelé vernis IM7031. Dilue avec un mélange éthanol / toluène et peut être cuit à sec. A tendance à ne pas se fissurer dans les environnements cryogéniques. Il tiendra aussi bien sans cure.

3. Une autre option, plus permanente, est Stycast, qui se décline en différentes saveurs pour différentes propriétés thermiques. Si vous voulez une option MOINS permanente, la graisse Apiezon N ou H fonctionne bien. La graisse H est plus épaisse (peut-être nécessaire si vous avez un gros échantillon qui pèse ~ 1 g plutôt que ~ 10 mg). Les deux subissent une transition vitreuse à basse température et tiennent bien tout en offrant une isolation électrique et un contact thermique.

4. Si vous êtes préoccupé par le contact électrique intermittent, le papier à cigarette peut être mouillé par à peu près tous les "goos" que j'ai mentionnés, et s'assurera qu'il n'y a pas de contact accidentel. Mettez une couche entre vos deux échantillons.

5. Une bonne référence générale sur les techniques cryogéniques est le livre de Jack Ekin, Experimental Methods for Low Temperature Measurements.

Je pense que j'essaierais probablement d'utiliser MasterBond EP21TCHT-1 pour ce que vous cherchez, il a d'excellentes performances sur les matériaux difficiles à coller et est également excellent à des températures cryogéniques de moins 450 degrés F (4 degrés K) jusqu'à + 400 degrés F. Les surfaces doivent être impeccables, absolument exemptes de graisse et légèrement rugueuses pour une meilleure adhérence.

Je conviens que vous recherchez un époxy qui reste relativement flexible lors du durcissement, surtout si les taux de dilatation thermique de l'époxy et des substrats sont différents.

Si vous ne l'avez pas déjà fait, je vous recommande de rechercher l'époxy "underfill". Il existe quelques produits Loctite et Masterbond qui correspondent à la facture. Ils s'écoulent généralement très bien pendant l'application, ont une bonne stabilité structurelle (ne se dilatent pas / ne se contractent pas), survivent aux températures de refusion de la soudure (~ 250 ° C) et restent flexibles lors du durcissement. Les propriétés cryogéniques que vous recherchez pourraient être plus difficiles à satisfaire.