Ba-Pd SPD meeting, Legnaro 6-7/05/2002 R. Santoro for Bari SPD group 1 Costruzione degli half-stave: Assemblaggio Raccolta dati sulle colle Primi test.

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1 Ba-Pd SPD meeting, Legnaro 6-7/05/2002 R. Santoro for Bari SPD group 1 Costruzione degli half-stave: Assemblaggio Raccolta dati sulle colle Primi test sulle colle

2 Ba-Pd SPD meeting, Legnaro 6-7/05/2002 R. Santoro for Bari SPD group 2 Assemblaggio Carrier Bus Grounding Foil MCM+fibre ottiche Ladder 1 Extender Bus Incollaggio A Incollaggio B Sector in fibra di carbonio Incollaggio C Ladder 2

3 Ba-Pd SPD meeting, Legnaro 6-7/05/2002 R. Santoro for Bari SPD group 3 Incollaggio A MCM 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:

4 Ba-Pd SPD meeting, Legnaro 6-7/05/2002 R. Santoro for Bari SPD group 4 Incollaggio A MCM e Ladders con Carrier-bus Pro: - garantisce lincollaggio sotto le wire bonding-pad 1 2 3 4 5 6 READOUT CHIP PIXEL DETECTOR 11mm2mm PIXEL_BUS 77 SMD component 0402 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

5 Ba-Pd SPD meeting, Legnaro 6-7/05/2002 R. Santoro for Bari SPD group 5 Procedura dassemblaggio Incollaggio A Ladder 2Ladder 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?)

6 Ba-Pd SPD meeting, Legnaro 6-7/05/2002 R. Santoro for Bari SPD group 6 Extender (LV & Bias) Fase 5- Posizionamento Extender Supporto B Fase 6- Fissaggio supporto B Ladder2 Ladder1 MCM Fibre ottiche Fase 4- Sollevamento supporto A e deposizione colla A2 Carrier bus multistrato Extender (LV & Bias) Carrier bus multistrato Extender (LV & Bias)

7 Ba-Pd SPD meeting, Legnaro 6-7/05/2002 R. Santoro for Bari SPD group 7 Incollaggio B MCM e Ladders con Grounding-foil Currier Bus Grounding Foil MCM + 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:

8 Ba-Pd SPD meeting, Legnaro 6-7/05/2002 R. Santoro for Bari SPD group 8 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 B MCM e Ladders con Grounding-foil

9 Ba-Pd SPD meeting, Legnaro 6-7/05/2002 R. Santoro for Bari SPD group 9 Procedura dassemblaggio Incollaggio B Fase 1- Posizionamento Grounding foil Fase 1- Deposito colla

10 Ba-Pd SPD meeting, Legnaro 6-7/05/2002 R. Santoro for Bari SPD group 10 Procedura dassemblaggio Incollaggio B Colla B Grounding foil Posizionamento ed Allineamento? sensori di temperatura Risalita collarischio cortocircuiti (adozione di maschere, protezione in fase di studio)

11 Ba-Pd SPD meeting, Legnaro 6-7/05/2002 R. Santoro for Bari SPD group 11 Incollaggio C Half-stave su Sector Elettricamente isolante Termicamente conduttiva Buona rigidità di incollaggio Rimovibile unico livello in cui è pensabile un re-working Caratteristiche colla A:

12 Ba-Pd SPD meeting, Legnaro 6-7/05/2002 R. Santoro for Bari SPD group 12 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

13 Ba-Pd SPD meeting, Legnaro 6-7/05/2002 R. Santoro for Bari SPD group 13 The Nordic Electronics Packaging Guideline Chapter C: Conductive Polymers Meno usato perché processo più complesso Più usato per buona conducibilità e non ossida

14 Ba-Pd SPD meeting, Legnaro 6-7/05/2002 R. Santoro for Bari SPD group 14 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

15 Ba-Pd SPD meeting, Legnaro 6-7/05/2002 R. Santoro for Bari SPD group 15 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

16 Ba-Pd SPD meeting, Legnaro 6-7/05/2002 R. Santoro for Bari SPD group 16 STUDIO DELLE COLLE PER INCOLLAGGIO A (LADDERS CON CARRIER BUS) Elettricamente isolante Buona conducibilità termica Durezza della colla e variazioni dimensionali durante lessiccatura: possibili effetti sulle proprietà elettriche del silicio a causa per esempio di micro-crac Fluidità e viscosità Preparazione: numero di componenti ed eventuali additivi Range di escursione termica previsto 10 50 °C Coefficiente 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 dellincollaggio; operazione essiccatura a temperatura ambiente 25°C

17 Ba-Pd SPD meeting, Legnaro 6-7/05/2002 R. Santoro for Bari SPD group 17 Colle termicamente conduttive per incollaggio ladders bus-multistrato

18 Ba-Pd SPD meeting, Legnaro 6-7/05/2002 R. Santoro for Bari SPD group 18 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).

19 Ba-Pd SPD meeting, Legnaro 6-7/05/2002 R. Santoro for Bari SPD group 19 CharacteristicsTypical Values Specific gravity2.35 Working viscosity25,000 cps Thermal conductivity1.34Wm -1 °C -1 (.77 Btu/hr ft &3176;F) Thermal resistivity29.4°C in/watt Tensile strength6.34 x 10 7 Pa(9,2000 psi) Compressive strength1.44 x 10 8 Pa(20,9000 psi) Bond shear strength3.17 x 10 7 Pa(4,6000 psi) aluminum to aluminum, 25.4mm (1") overlap @ 25°C, (77°F) Thermal coefficient of expansion24 x 10 -6 /°C (1.32 x 10 -6 /°F Water absorption, % after 10 days@ 25°C (77°F).20 Hardness, Shore D86 Volume resistivity1.0 x 10 16 Dielectric strength59.1 x 10 3 volts/mm (1500 volts/mil) Dielectric constant@25°C (77&3176;F) 100KHz6.1 Dielectric factor@25°C (77&3176;F) 100KHz0.020 Operating temperatures-65°C to 155°C (-85°F to 311°F) Linear shrinkage0.002 in/in Shelf life12 months* Pot life@25°C (77°F)2-3 hours Suggested stripping agentMiller-Stephenson MS 111 Cleaning solventAcetone Typical Electrical and Physical Properties at Room Temperature with RT-7 Hardener Thermalbond

20 Ba-Pd SPD meeting, Legnaro 6-7/05/2002 R. Santoro for Bari SPD group 20

21 Ba-Pd SPD meeting, Legnaro 6-7/05/2002 R. Santoro for Bari SPD group 21

22 Ba-Pd SPD meeting, Legnaro 6-7/05/2002 R. Santoro for Bari SPD group 22 Procedura delle prime prove sulla viscosità delle colle Araldite 2014 (con migliore conducibiltà termica) Alluminio multistrato Vetrino Araldite 2011

23 Ba-Pd SPD meeting, Legnaro 6-7/05/2002 R. Santoro for Bari SPD group 23 Araldite 2014 Araldite 2011

24 Ba-Pd SPD meeting, Legnaro 6-7/05/2002 R. Santoro for Bari SPD group 24 Taglio vetrini per i test sulle colle

25 Ba-Pd SPD meeting, Legnaro 6-7/05/2002 R. Santoro for Bari SPD group 25 Taglio vetrini per i test sulle colle Rotori diamantati

26 Ba-Pd SPD meeting, Legnaro 6-7/05/2002 R. Santoro for Bari SPD group 26 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: I leak (Vbias = 2.5,5 110V, step 5V, Waiting-time 2min) Prima e dopo lapplicazione 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

27 Ba-Pd SPD meeting, Legnaro 6-7/05/2002 R. Santoro for Bari SPD group 27 Risultati dei test sui chip AMS-49 Araldite 2011 AMS-47 Silicon NEE001