Ba-Pd SPD meeting, Legnaro 6-7/05/2002 R. Santoro for Bari SPD group 1 Costruzione degli half-stave:...

Ba-Pd SPD meeting, Legnaro 6-7/05/2002 R. Santoro for Bari SPD group 1

Costruzione degli half-stave:Costruzione degli half-stave:

AssemblaggioRaccolta dati sulle colle

Primi test sulle colle


Assemblaggio

Carrier Bus

Grounding Foil

MCM+fibre ottiche Ladder 1

Extender Bus

Incollaggio A

Incollaggio B

Sector in fibra di carbonioIncollaggio C

Ladder 2


Incollaggio AMCM e Ladders con Carrier-bus

Carrier Bus

MCM + fibre ottiche

Ladder 2

Elettricamente isolante

Termicamente isolante

Non rimovibile

Fluida (riempimento completo degli strati incollati e planarità del modulo)

Elasticità per ridurre stress meccanici

Lavorabilità (esperienza sul componente e conoscenze sul suo comportamento)

Ladder 1 Caratteristiche colla A:


Incollaggio AMCM e Ladders con Carrier-bus

Pro: - garantisce l’incollaggio sotto le wire bonding-pad

1

2

3

4

5

6

READOUT CHIP

PIXEL DETECTOR

11mm2mm

PIXEL_BUS

7 7

SMD component0402

0,9mm

Larghezza sensore e bus uguale colla non può debordare

Pro: bus più largo wire-bonding più corto

Contro: - wire bonding di V-bias

- riempimento sotto le wire bonding-pad?

Wire-bonding critico

- Isolamento elettrico sensore vs Analog-ground

(Araldite 2011: ~ 200 ÷300 μm)

Larghezza sensore > bus colla può debordare

Contro: - wire bonding più lungo


Procedura d’assemblaggioIncollaggio A

Ladder 2 Ladder 1 MCM

Fase 1-Allineamento

Fase 2- Deposizione colla A1

Fase 3- Posizionamento Carrier-bus con supporto A

Carrier-bus multistrato + supporto A

Allineamento pad del bus con pad del FE chip

(alignment markers?)


Extender (LV & Bias)

Fase 5- Posizionamento Extender

Supporto B

Fase 6- Fissaggio supporto BLadder2 Ladder1

MCM

Fibre ottiche

Fase 4- Sollevamento supporto A e deposizione colla A2

Carrier bus multistrato Extender (L

V &

Bias)

Carrier bus multistrato Extender (L

V &

Bias)


Incollaggio BMCM e Ladders con Grounding-foil

Currier Bus

Grounding FoilMCM + fibre ottiche Ladder 1

Extender Bus

Elettricamente conduttiva

Termicamente conduttiva

Non rimovibile

Fluidità per miglior contatto e planarità

Modulo elasticità

Spessori minimi

lavorabilità

Ladder 2

Caratteristiche colla B:


IMPORTANTE

Controllo sulla risalita della colla su FE chip (bumps e pads)

possibili soluzioni (under-filling, protezioni meccaniche …..)

Groundung-foil utilizzato anche come bus per sensori di temperatura (1 per FE chip)?

Studio dettagliato della problematica

MCM

Extender Bus

Incollaggio BMCM e Ladders con Grounding-foil


Procedura d’assemblaggioIncollaggio B

Fase 1- Posizionamento Grounding foil

Fase 1- Deposito colla


Procedura d’assemblaggioIncollaggio B

Colla B

Grounding foilPosizionamento ed Allineamento?

sensori di temperatura

Risalita colla rischio cortocircuiti

(adozione di maschere, protezione in fase di studio)


Incollaggio CHalf-stave su Sector

Elettricamente isolante

Termicamente conduttiva

Buona rigidità di incollaggio

Rimovibile unico livello in cui è pensabile un re-working

Caratteristiche colla A:


Documentazione sulle colle

The Nordic Electronics Packaging Guideline

Chapter C: Conductive Polymers http://extra.ivf.se/ngl/

Adhesive Test Program (Claudia Gemme)

ATLAS Pixel Week, CERN 6-12-2001


The Nordic Electronics Packaging Guideline Chapter C: Conductive Polymers

A n iso trop ic Iso trop ic

F illed(a rg en to , ram e, o ro ,

a llu m in io , n icke l)

1 com p on en t 2 com p on en t

E .g ep oxy,s ilicon e , p o lyim idp o lyu re th an es

th erm ose ttin g

E .g P o lye th en esP o lyam id es

P o lyim id os ilozan e

th erm op las tic

Electrica l conductive a dhesive

N on -filled

Meno usato perché processo più complesso

Più usato per buona conducibilità e non ossida


Catalogazione delle colle e loro caratteristiche con riferimenti ai parametri di classificazione quali: Conducibiltà termica (buona per ridurre rischi di stress sui componenti) Coefficiente di espansione termico Numero di componenti e diverse caratteristiche Tipologie diverse di incollaggio (thermosetting o thermoplastic) Weight loss in % (causato dalla reazione o evaporazione del solvente) ………………

Riferimenti a problematiche già sollevate quali: Re-working Scelta del filler ed influenza sugli altri parametri Lavorabilità

Importanza dei test (fornita bibliografia sugli studi condotti sulle colle da parte di alcune aziende)

The Nordic Electronics Packaging Guideline Chapter C: Conductive Polymers


Adhesive Test Program (Claudia Gemme)ATLAS Pixel Week, CERN 6-12-2001

Requirements:

Radiation hard

Quantity small enough not to wet to the wire bonds pads

Electrically conductive

Thermally conductive

Experience:

Epotec H20 in the centre + Epotec H70 outside the ground pad

E-solder 3025 Silver epoxy


STUDIO DELLE COLLE PER INCOLLAGGIO A(LADDERS CON CARRIER BUS)

Elettricamente isolante Buona conducibilità termicaDurezza della colla e variazioni dimensionali durante l’essiccatura: possibili effetti sulle proprietà elettriche del silicio a causa per esempio di micro-cracFluidità e viscositàPreparazione: numero di componenti ed eventuali additiviRange di escursione termica previsto 10 50 °CCoefficiente di dilatazione termica della colla e grado di elasticità in funzione della temperatura (al = 24*10-6 1/K, si = 5,55*10-6 1/K, poliammide = 8*10-5 1/K)Lunga durata temporale senza che vengano eccessivamente deteriorate le proprie caratteristiche di natura sia elastica che di conducibilità termica Effetti delle radiazioni sulle caratteristiche della colla (200 Krad) Caratteristiche ambientali durante le operazioni di preparazione della colla e dell’incollaggio; operazione essiccatura a temperatura ambiente 25°C


Colle termicamente conduttive per incollaggio

ladders bus-multistratoNome Ditta Glue Name

Application / description

Specific Gravity

Thermal Conductivity

(W/m°C)

thermal expansion coefficient

(1/°C)

Operating Temperature

Range

Tensil Strength

N/mm^2 (psi)

Dielectric Strength

(Volt/mm)

Shelf Life (month)

Loctite 383 Modified Acrylic 1,5 0,6 71 ppm/°C 16 220 9 (5°C)

Loctite 3872 1,8 1,2 90*10 -̂6 3,7 600 12 (°C)

Loctite 3873 2,1 1,25 76*10 -̂6 9,7 600 21 (5°C)

AAVID Thermalloy

Ther-o-Bond 1500 Epoxy 1,55 1,26 9200 (@25°C) 800 12

AAVID Thermalloy

thermalbond Epoxy 2,35 1,34 24*10 -̂6 9200 (@25°C) 95100 12

AAVID Thermalloy

thermalcote silicon 1,6 0,765 -40 11800

INTEK Adhesive

RTV 382 Silicon -602602 mPa (10 -̂7

psi?)580

Bonding System

TIGA R-915 Epoxy 2,2 1,45-40150

> 7000 >400

AITCOOL-PADO CP

75084 <100 500

12 (25°C) noncuring pad

AITCOOL-PADO CP

7506-FT>4,0 <100 500

Extra-thermal pad

AITCOOL-GELO

CGL70152 <10 > 300

12 ( @ 25°C) non-silicone

paste

AITCOOL-GELO

CGL7056>4,0 <10 > 500

12 silicone pourable-paste

AITCOOL-GREASEO

CGR7016>4,0 NA > 300

Non-curing paste

AITCOOL-BONDO CB-

71352 > 600 500

12 (25°C) noncuring pad

AIT TP7095 1.07 > 1000 75012 (25°C) Dry-film

Emerson Cuming

ECCOBOND 282 Epoxy 1,2 30*10 -̂6-20

17 kv/mm

Emerson Cuming

ECCOBOND 285 Epoxy 1,3 30*10 -̂6-40150

Emerson Cuming

ECCOBOND PASTE 99 MOD1

Epoxy 1,4 35*10 -̂6

-602200 17 kv/mm

www.eurokoll.it elastosil 137-182 1,6 - 1,8 -600 9KV/mm

paltier technik NEE001 silicon 0,2

Ciba-Geigy Araldite 2001Epoxy with

Boron-Nitride 0,87

Handling °C

commenti Contact

Room Temperature

USA

70 °C USA

U.V. USA

15 32 °Cdifficile da trasportare

Italy

acquistataItaly

(rivenditori)Italy

(rivenditori)

England

New Jersey

Melt flow @ 50°C New Jersey

Form-gel-in-situ

@>50°CNew Jersey

Form-gel-in-situ

overtime New Jersey

Non-curing paste New Jersey

Melt-flow & bond 220°C New Jersey

Melt-bond at >

120°C/10psi New Jersey

100 - 175 °C

in trattativa Italia

room temperature


room temperature


difficile da reperire Italia


Thermalbond™

Thermalbond™ is a thermally conductive, high strength epoxy adhesive. It provides exceptional adhesion to copper, aluminum, steel, glass, ceramics, and most plastics. Thermalbond also has a coefficient of thermal expansion compatible with aluminum, copper, and brass, making it particularly well suited for thermally bonding semiconductors and other components to chasis or heat sinks.

Mixing Instructions:

Mix resin thoroughly before removing material. Add 7.1 parts of RT-7 hardner to 100 parts of resin by weight, or 17 parts of RT-7hardener to 100 parts of resin by volume. Adhesive will set up in:24 hrs at 25°C (77°F) 1 hr. at 100°C (212°F)2 hrs. at 65°C (149°F) 30min. at 130°C (266°F)Note: For maximum electrical and physical properties, a post cure is necessary. Post cure at room temperature for 4 days or for 4 hours at 93°C (200°F).


Characteristics Typical Values

Specific gravity 2.35

Working viscosity 25,000 cps

Thermal conductivity 1.34Wm-1°C-1

(.77 Btu/hr •ft• &3176;F)

Thermal resistivity 29.4°C in/watt

Tensile strength 6.34 x 107Pa(9,2000 psi)

Compressive strength 1.44 x 108Pa(20,9000 psi)

Bond shear strength 3.17 x 107Pa(4,6000 psi)

aluminum to aluminum, 25.4mm (1") overlap @ 25°C, (77°F)

Thermal coefficient of expansion 24 x 10-6/°C (1.32 x 10-6/°F

Water absorption, % after 10 days@ 25°C (77°F) .20

Hardness, Shore D 86

Volume resistivity 1.0 x 1016

Dielectric strength 59.1 x 103volts/mm (1500 volts/mil)

Dielectric constant@25°C (77&3176;F) 100KHz 6.1

Dielectric factor@25°C (77&3176;F) 100KHz 0.020

Operating temperatures -65°C to 155°C (-85°F to 311°F)

Linear shrinkage 0.002 in/in

Shelf life 12 months*

Pot life@25°C (77°F) 2-3 hours

Suggested stripping agent Miller-Stephenson MS 111

Cleaning solvent Acetone

Typical Electrical and Physical Properties at Room Temperature with RT-7 Hardener

Thermalbond


Procedura delle prime prove sulla viscosità delle colle

Araldite 2014

(con migliore conducibiltà termica)

Alluminio multistrato

Vetrino

Araldite 2011


Araldite 2014 Araldite 2011


Taglio vetrini per i test sulle colle


Taglio vetrini per i test sulle colle

Rotori diamantati


Campioni: 2 chip singoli assemblati su una scheda di test con FE non

perfettamente funzionante Colle utilizzate:

Araldite 2011 (già utilizzate in diversi esperimenti al CERN) Silicon NEE001 (Dr Neumann Peltier-Technik)

Misure: Ileak (Vbias = 2.5,5 110V, step 5V, Waiting-time 2min) Prima e dopo l’applicazione di uno strato di colla sulla zona sensibile del

rivelatore che viene a contatto con il bus multistrato Operazione ripetuta dopo 30 giorni Operazione ripetuta dopo aver lasciato il rivelatore alimentato per 48h

non si sono verificate variazioni significative della I-Leak

Studio degli effetti della colla sulla corrente di leakage dei rivelatori


Risultati dei test sui chip AMS-49 (Araldite 2011)

0

20

40

60

80

100

120

140

160

0 20 40 60 80 100 120

V-Bias (V)

I-le

ak (

nA

)

prima incollaggio

dopo incollaggio

30gg dopo incollaggio

alimentata 48h dopoincollaggio

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

0 20 40 60 80 100 120

V-Bias (Volt)

I-L

ea

k (n

A)

prima incollaggio

dopo incollaggio

dopo 30 giorni

AMS-49Araldite 2011

AMS-47Silicon NEE001

Ba-Pd SPD meeting, Legnaro 6-7/05/2002 R. Santoro for Bari SPD group 1 Costruzione degli half-stave:...

Documents

Transcript of Ba-Pd SPD meeting, Legnaro 6-7/05/2002 R. Santoro for Bari SPD group 1 Costruzione degli half-stave:...