Semiconductores de unión a PCB

Estoy tratando de unir el área de muestras de semiconductores (Si y Ge) ~ 1-2 cm ^ 2 a la placa de circuito impreso de fibra de vidrio (PCB). Usamos el epoxi marino del sistema West para otras cosas. 105 resina 209 endurecedor (tiempo de curado largo). Entonces eso es lo que usé. (mezclado en relación estándar)

Quería un espesor controlado para el aislamiento eléctrico. Así que también intenté agregar algunos rellenos al epóxico. Cuentas de vidrio (9.8 mil .. IMO un poco gruesas, rociadas en la superficie). Óxido de alúmina, grano 240. (~ 1 parte de Al2O3 a 2 partes de epoxi, en peso). Todas las muestras (excepto una Ge) fueron de una pieza antigua de oblea de Si. Las muestras y la pcb se limpiaron en acetona y se lavaron con un aplicador con punta de algodón. Epoxi mezclado. aplicado y muestras empujadas a su lugar.

Y se deja curar durante 24 horas.

Luego se sumergieron en nitrógeno líquido (LN2). Después de algunas inmersiones, calentándose en el aire de la habitación, las muestras pegadas con relleno de Al2O3 se habían caído.

Después de más inmersión, las muestras contenidas con epoxi crudo y perlas se cayeron. Algunas torturas más que también incluyeron el calentamiento más rápido con una pistola de calor. Y había perdido todo menos la muestra de Ge.

Como abuso final, la muestra de Ge se tomó de LN2 y se colocó en una taza de agua tibia, varias veces. Se mantuvo adjunto.

Todos los enlaces fallaron en la interfaz Si, y el epóxico permaneció unido a la PCB (a excepción de las cuentas de vidrio, que fallaron en todas partes).

¿Así que qué hay de malo?

Mi primer pensamiento fue sobre los coeficientes de expansión térmica (CTE). Aquí hay un enlace a algunos valores , Si es muy bajo.
El pcb es ~ 12-14 ppm.

Entonces pensé en limpiar. Las viejas muestras de Si pueden tener todo tipo de grasa para manos.

La diferencia final es que las muestras de Si están pulidas en ambos lados, mientras que el Ge solo estaba en la parte superior ... la parte inferior era rugosa.

wow, esa fue una pregunta larga, (lo siento)
hice un nuevo lote de muestras hoy para tratar de responder esas preguntas. Curarán durante el fin de semana.

También me pregunto si necesito un epoxi diferente. El West 105 se mantiene algo flexible.
No sé si eso es bueno o malo.

Algunas cosas, con suerte útiles:

1. La contracción térmica diferencial es seguramente su enemigo. Para la mayoría de los materiales de ingeniería, la gran mayoría de la contracción térmica ocurre entre 300 y 77 K, las dos temperaturas a las que está trabajando. Es casi seguro que su PCB se está reduciendo mucho más de lo que está adherido y agrietando su epoxi (los epóxicos de resina normales son conocidos por agrietarse en entornos criogénicos).

2. Trabajo con criogenia para mi 9-5 y usamos "barniz GE" para casi todo. También se llama barniz IM7031. Se adelgaza con una mezcla de etanol / tolueno y se puede hornear en seco. Tiende a no agrietarse en ambientes criogénicos. También se mantendrá bastante bien sin cura.

3. Otra opción más permanente es Stycast, que viene en diferentes sabores para diferentes propiedades térmicas. Si desea una opción permanente MENOS, la grasa Apiezon N o H funciona bien. La grasa H es más espesa (quizás sea necesario si tiene una muestra grande que pesa ~ 1 g en lugar de ~ 10 mg). Ambos experimentan una transición vítrea a baja temperatura y se mantienen firmes mientras proporcionan aislamiento eléctrico y contacto térmico.

4. Si le preocupa el contacto eléctrico intermitente, el papel del cigarrillo puede humedecerse con casi todos los "goos" que mencioné, y se asegurará de que no haya contacto accidental. Pon una capa entre tus dos muestras.

5. Una buena referencia de propósito general sobre técnicas criogénicas es el libro de Jack Ekin, Métodos experimentales para mediciones de baja temperatura.

Creo que probablemente intente usar MasterBond EP21TCHT-1 para lo que está buscando, tiene un excelente rendimiento en materiales difíciles de unir y también es excelente a temperaturas criogénicas desde menos 450 grados F (4 grados K) hasta + 400 grados F. Sin embargo, las superficies deben estar impecables, absolutamente libres de grasa y ligeramente rugosas para una mejor adhesión.

Estoy de acuerdo en que está buscando un epoxi que permanezca relativamente flexible durante el curado, especialmente si las tasas de expansión térmica del epoxi y los sustratos son diferentes.

Si aún no lo ha hecho, le recomiendo buscar el epóxico "underfill". Hay algunos productos Loctite y Masterbond que se ajustan perfectamente. Por lo general, fluyen muy bien durante la aplicación, tienen buena estabilidad estructural (no se expanden / contraen), sobreviven a las temperaturas de reflujo de la soldadura (~ 250 ° C) y permanecen flexibles durante el curado. Las propiedades criogénicas que estás buscando pueden ser más difíciles de satisfacer.