LABORATORIUM MONTAŻU ELEKTRONICZNEGO

Transkrypt

1 Akademia Górniczo-Hutnicza w Krakowie Wydział EAIiE Katedra Elektroniki Specjalizacja: Sensory i Mikrosystemy LABORATORIUM MONTAŻU ELEKTRONICZNEGO Temat ćwiczenia: Wykonanie techniką sitodruku struktury ceramicznej do montażu nieobudowanego układu RFID oraz płytki testowej do weryfikacji jakości połączeń drutowych w bondingu termokompresyjnym Nr ćwiczenia: r.

2 Przedmiotem ćwiczenia jest wykonanie techniką sitodruku na podłożu alundowym 96% Al 2 O 3 dwóch struktur ceramicznych: 1. struktury do montażu nieobudowanego chipu RFID oraz jego układu aplikacyjnego, 2. struktury do oceny jakości połączeń drutowych wykonanych metodą bondingu termokompresyjnego. Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z techniką wykonania sita, nadruku pasty przewodzącej na podłoże ceramiczne przy pomocy sitodukarki oraz wypału warstwy w piecu przelotowym do warstw grubych. Wykonane struktury ceramiczne posłużą do wykonania kolejnych ćwiczeń w Laboratorium Montażu montażu prostego układu RFID oraz wykonania testów połączeń termokompresyjnych. Ćwiczenie jest wykonywane w Instytucie Technologii Elektronowej Oddział w Krakowie przy ulicy Zabłocie 39 na pracującej tam linii produkcyjnej do wytwarzania warstw grubych. Przebieg ćwiczenia Fotomaski układów testowych Rys.1. Struktura do montażu nieobudowanego chipu RFID - warstwa przewodząca Rys.2. Struktura do montażu nieobudowanego chipu RFID - warstwa dielektryczna chip RFID kondensator cewka Rys.3. Finalny nadruk struktury do montażu nieobudowanego chipu RFID. Rys.4. Szkic zmontowanego pojedynczego modułu układu RFID

3 Rys.5. Płytka testowa do nauki bondingu. Projekt fotomaski wykonuje się w programie graficznym AutoCad, Corel, Protel. Musi to być fotomaska pozytywowa ze względu na stosowaną emulsję do produkcji sit, która daje prześwity w miejscach nienaświetlonych. Wzór na fotomasce musi być lustrzanym odbiciem wzoru rzeczywistego. Projekt fotomaski powinien być zapisany w formacie.eps lub.pdf akceptowanym przez firmy stosujące usługi fotonaświetlania o dużej rozdzielczości (powyżej dpi). Fotomaskę wykonuje się na folii przeźroczystej na drukarce postscriptowej w punkcie usługowym. Sita do nadruku warstw na podłożu ceramicznym Sita do nadruku układów elektronicznych wykonuje są z siatki ze stali nierdzewnej o określonej gęstości wyrażonej liczbą mesh. W ćwiczeniu zastosowane zostały siatki stalowe

4 o gęstości 330 mesh. Siatkę stalową naciąga się ze ściśle określoną dla danego typu siatki siłą naciągu na specjalnym stole z systemem siłowników, a następnie nakleja się aluminiowe ramki na naciągniętą siatkę przy pomocy żywicy epoksydowej. Sita stosowane w ćwiczeniu są sitami przeznaczonymi do nadruku płytek podłożowych o max wymiarach 2' x 2". Wymiary sit wynoszą 13 cm x 8 cm. Siatka na ramce naciągnięta jest pod kątem 45 0 względem ramki, co zapewnia dokładniejsze odwzorowanie wzoru w porównaniu z siatką naciągniętą pod kątem prostym. Po zastygnięciu żywicy, sita wycina się z płaszczyzny siatki i pokrywa emulsją maskującą w formie płynnej lub w formie stałej, którą następnie naświetla się przez fotomaskę pozytywową światłem UV. Do wykonania sit stosowanych w ćwiczeniu wykorzystano emulsję maskującą w formie folii o grubości 25 µm naklejanej na powierzchnię sita od strony gdzie sito styka się z podłożem. Po naświetleniu wzór wywołuje się w roztworze wywoływacza a następnie usuwa nienaświetlone czyli nieutwardzone warstwy emulsji przy pomocy strumienia wody. W ten sposób otwiera się oczka sita, przez które zostanie przeciśnięta pasta. Program ćwiczenia przewiduje samodzielne wykonanie sita do nadruku. Pasty do drukowania Do nadruku układów zastosowana zostanie wysokiej klasy pasta srebrowa firmy ESL o symbolu 9912F. Jest to pasta przewodząca o rezystancji powierzchniowej mω/kwadrat, która umożliwia nadruk wzoru z rozdzielczością 250 µm linia, 250 µm przerwa. Grubość warstwy po wypale wynosi µm. Po nadruku warstwa musi pozostać w temperaturze otoczenia przez 5-10 min., następnie poddaje się ją suszeniu w suszarce w temperaturze C przez min., a następnie poddaje wypałowi w piecu do wypału warstw grubych w temperaturze C w czasie 60 min. Warstwa wykonana w wyniku nadruku pastą srebrową 9912F poddaje się bondowaniu termokompresyjnemu drutem złotym 25 µm oraz bondowaniu ultrakompresyjnemu drutem aluminiowym 25 µm. Karta katalogowa pasty jest załącznikiem do instrukcji. Podłoża ceramiczne Jako podłoża ceramiczne zastosowano w ćwiczeniu podłoża z tlenku glinu Al 2 O 3 o grubości mm. Karta katalogowa podłoża jest załącznikiem do instrukcji. Wykonanie nadruku na sitodrukarce. Nadruk zostanie przeprowadzony na drukarce automatycznej f-my Sprague. Drukarka posiada automatyczny przesuw rakli, jednakże wiele parametrów takich jak prędkość przesuwu rakli, siła nacisku rakli na sito, ustawienie odległości sita od podłoża i wiele innych decydujących o jakości druku ustawia operator opierając się na własnym doświadczeniu. W nowoczesnych drukarkach parametry te ustala komputer. Program ćwiczenia przewiduje wykonanie nadruku warstwy przewodzącej i warstwy dielektrycznej w układzie do RFID i nadruk warstwy przewodzącej w układzie do nauki bondingu. Kolejność czynności: Zainstalować sito w sitodrukarce.

5 Położyć czyste podłoże ceramiczne na stoliku sitodrukarki opierając go o piny pozycjonujące i przeprowadzić bazowanie podłoża względem wzoru na sicie posługując się śrubami nastawnymi umożliwiającymi przemieszczanie stolika w płaszczyźnie XY. Włączenie podciśnienia od strony stolika sitodrukarki przytrzymuje płytkę w czasie nadruku. Przeprowadzić nadruk próbny i przeprowadzić korektę ustawienia płytki zarówno w płaszczyźnie XY jak i Z. Wykonać nadruk właściwy. Suszenie i wypał struktury ceramicznej Po nadruku podłoża z nadrukowaną warstwą należy pozostawić w temperaturze otoczenia przez 5-10 min., następnie poddać suszeniu w suszarce w temperaturze C przez min. Potem układy należy umieścić w piecu przelotowym do wypału warstw grubych. Piec stosowany w ćwiczeniu jest piecem 5-strefowym Konieczne jest zachowanie wymaganej prędkości narastania temperatury w piecu i jego chłodzenia ( C/min.), jak również zachowanie stabilnej (+/-1 0 C) tzw. temperatury piku ( C ), w której układ pozostaje w czasie min. Całkowity czas wypału warstwy w piecu przelotowym wynosi ok. 60 min. W przypadku struktury do montażu układu RFID należy najpierw wykonać nadruk i wypał warstwy przewodzącej w temperaturze C, a następnie kolejny nadruk warstwy dielektryka pomiędzy polami kontaktowymi. Dielektryk działa jak solder maska i zapobiega zlewaniu się cyny między sąsiadującymi polami kontaktowymi w czasie dalszych prac montażowych. Wypał dielektryka przeprowadza się w temperaturze niższej C w sąsiednim piecu do wypału warstw grubych, starszego typu. Zabezpieczenie wydrukowanych struktur po wypale. Po wyjęciu z pieca układy należy zabezpieczyć w szczelnie zamkniętych woreczkach foliowych przed czynnikami atmosferycznymi powodującymi utlenianie srebra. Ułatwi to dalszy montaż czyli dołączanie struktury krzemowej RFID metodą bondingu termokompresyjnego jak również montaż pozostałych elementów aplikacji układu (kondensator + cewka). Należy podkreślić, że lutowanie elementów na płytkach ceramicznych należy przeprowadzić na stoliku podgrzewanycm do temperatury C. Prace montażowe zostaną przeprowadzone w laboratorium montażu na terenie AGH. Literatura: P.J. Holmes, R.G. Loasby " Handbook of Thick-Film Technology", Electrochemical Publications, 1976, Wykład

6

7