Pokračujeme v díle těch,
kteří byli první.

Aktuální vydání

Číslo 3/2017 vyšlo
tiskem 15. 3. 2017. V elektronické verzi na webu bude ihned. 

Téma: Amper 2017 – 25. mezinárodní elektrotechnický veletrh

Hlavní článek
Problémy elektromobility

Aktuality

Současné možnosti elektromobility představí AMPER Motion 2017 Největší přehlídka elektromobility v ČR proběhne 21.- 24. 3. na brněnském výstavišti a…

Startuje 9. ročník největší tuzemské ekologické soutěže Odstartoval již 9. ročník největší tuzemské ekologické soutěže E.ON Energy Globe.…

V distribuční soustavě (DS) ČEZ Distribuce, a. s. je vyhlášen kalamitní stav Od 9 h dne 24.2.2017 je vyhlášen kalamitní stav v Karlovarském kraji - okres Karlovy Vary…

Veletrh Věda Výzkum Inovace 2017 zahájí místopředseda vlády Pavel Bělobrádek Letošní ročník Veletrhu Věda Výzkum Inovace zahájí na brněnském výstavišti 28. února 2017…

Chytré lampy PRE potvrdily zhoršenou smogovou situaci v Praze Chytré lampy PRE potvrdily v rámci svého pilotního provozu, že v Holešovicích a…

Jak se bydlí v pasivních domech, řeknou jejich majitelé na veletrhu FOR PASIV Další ročník veletrhu FOR PASIV, který je zaměřený na projektování a výstavbu…

Více aktualit

Lepení v elektronice

Aktuální trend – miniaturizace, krátké technologické doby a vysoké požadavky na bezpečnost
 
Ross Jones, odpovědný manažer prodeje
DELO Industrie Klebstoffe pro Českou republiku
 
Spojovací technika lepením nabývá v oblasti elektroniky stále více na významu. Hlavním důvodem je trend směřující k miniaturizaci modulů, montážních skupin a finálních produktů. Lepidla jsou ideálně vhodná pro rychlé, bezpečné, trvalé a cenově výhodné spojování nejrůznějších materiálů na malém prostoru – např. v technologii flip-chip (po usazení čipu se jeho kontakty propojí v rámci jedné výrobní operace). Kromě toho se lepidla s úspěchem používají také tam, kde je vyžadována vysoká spolehlivost při zalévání čipů – pouze díky vhodné zalévací hmotě je možné účinně chránit jemné struktury na čipu a drátky před mechanickým namáháním a vlivy okolního prostředí. Další skutečností, se kterou se musí vypořádat konstruktéři a technologové v oblasti elektroniky, jsou požadavky jednak na neustále se zkracující doby výrobních taktů, jednak na nákladově výhodnější realizaci montáže. Toto jsou důvody, proč v poslední době značně roste poptávka po lepidlech s krátkou dobou vytvrzování a současně schopností zachovat důležité vlastnosti produktu. Tyto aktuální trendy vedou ke kontinuálnímu vývoji inovačních lepidel s vyspělou technologií.
 

Trend 1: Zkrácené výrobní procesy s epoxidy rychle vytvrzovanými teplem

Obzvláště v průmyslové výrobě jsou požadována lepidla s co nejkratší dobou vytvrzení, která umožňují maximálně urychlit výrobní proces. Při osazování desek s plošnými spoji miniaturními součástkami je třeba řešit technické problémy, jako je např. upevnění cívek, lepení senzorů nebo utěsnění půlek pouzder. Epoxidy vytvrzované teplem, které se používají v automobilovém průmyslu a v elektronice již mnoho let, mají však dobu vytvrzování obvykle delší než lepidla vytvrzovaná UV zářením nebo světlem. Z tohoto důvodu představuje jejich další vývoj obzvláštní výzvu pro vývojáře, neboť u nich musí být zachovány vlastnosti, jako je např. velká pevnost, dobrá chemická odolnost či použitelnost při vysokých teplotách. S nově vyvinutými jednosložkovými lepidly z epoxidové pryskyřice, mezi které patří např. DELO-Monopox MK055 nebo DELO-Monopox MK040, je možné dosáhnout podstatně kratších dob vytvrzování. Vzhledem k tomu, že dvousložková lepidla vytvrzovaná teplem se nesnadno zpracovávají při malém dávkovaném množství řádově desetin miligramu, zdá se být použití jednosložkových teplem vytvrzovaných lepidel jako ideální – v rychlých výrobních procesech je možné díky tepelným (thermodovým) procesům dosahovat minimálních vytvrzovacích dob již od šesti sekund.
 

Trend 2: Miniaturizace – technologie flip-chip

Na reformě techniky lepení se v uplynulých letech podílely také inovace v oblasti mikroelektroniky. Proto se stále více prosazují nové standardy v pouzdření čipů. Ze strany výrobců elektronických součástek je především velká poptávka po technologii flip-chip, která se používá při výrobě nezapouzdřených polovodičů. Oblastmi použití jsou „chytré“ čipové karty Smart Cards (např. elektronické karta zdravotního pojištěnce), „chytré“ čipové štítky Smart Labels (elektronické štítky s polovodičovým čipem) a antény, na které lze ukládat data. Rozhodujícím technologickým krokem je přitom přilepení polovodičového čipu k substrátu. Zde umožňují nevodivá lepidla NCA (Non-Conductive Adhesives) a anizotropní vodivá lepidla ACA (Anisotropic Conductive Adhesives) od společnosti DELO Industrie Klebstoffe efektivní řešení díky sekundovému a spolehlivému spojení polovodičového čipu a antény.
 
U technologie flip-chip je polovodičový čip na strukturované aktivní straně opatřen již od výrobce kulovými kontaktními ploškami – tzv. bumps. Takto předupravený čip je následně vtlačen aktivní stranou do metalizace substrátu. Cílem je dosáhnout spolehlivého kontaktování (elektrického propojení) s vynaložením minimální doby pro zalisování v průmyslových výrobních procesech.
 
Anizotropní vodivá lepidla, jako např. DELO-Monopox AC, jsou plněna vodivými částicemi v nízké koncentraci, a nejsou proto v kapalném stavu vodivá. Na lepicí plochu substrátu se rovnoměrně nanese lepidlo, poté se přiloží flip-chip a nakonec se lepidlo vytvrdí thermodou (pájecí tvarovkou) za použití příslušného tlaku a teploty. Při přiložení čipu dojde k sevření vodivých částic mezi kontakty čipu a substrátu, což vede k vytvoření elektrické vodivosti ve směru z.
 
Typické vytvrzovací parametry jsou 6 až 20 s při 150 až 190 °C s použitím thermody. Ani při skladování v délce více než 1 000 h při teplotě 85 °C a vlhkosti vzduchu 85 % nedojde ke zvýšení přechodového odporu kontaktů o více než 10 mΩ. Tento téměř konstantní přechodový odpor kontaktů je základem pro dlouhodobou stálost, a tím pro spolehlivost součástek.
 
Další možností je použití nevodivých lepidel (např. DELO-Monopox NU) ve spojení se zápustnými bumps (kulovými kontaktními ploškami). Přitom se vytvoří elektrický kontakt vlisováním zápustných bumps tohoto čipu do kontaktní plochy substrátu – lepidlo zde má za úkol fixovat flip-chip v dané poloze. Oba typy produktů, tj. jak lepidlo NCA, tak i lepidlo ACA, umožňují dodržet extrémně krátké doby taktů, a tím dosáhnout maximální rychlosti zpracování. S použitím jednoho kilogramu lepidla lze spojit až deset milionů těchto čipů. To jsou důvody, proč lepidla NCA/ACA představují nejekonomičtější variantu pro spojování čipů se substráty.
 

Trend 3: Zalití čipu – větší spolehlivost pro nezapouzdřené čipy

Elektronické součástky používané v automobilovém průmyslu a v průmyslových výrobcích špičkové kvality jsou vystavovány extrémním zátěžím – pracují v širokém rozsahu teplot, působí na ně silné vibrace a velké síly a často přicházejí do styku s agresivními médii. A to vše za situace, kdy jsou vyráběné čipy stále menší a citlivější.
 
Nezapouzdřený polovodičový čip je přilepen k desce s plošnými spoji a elektricky propojen s proudovým obvodem jemnými drátky. K ochraně jemných struktur na čipu a drátků se musí čip zalít vhodnou hmotou. Pouze tímto způsobem lze zajistit účinnou ochranu čipu před mechanickým namáháním (např. vibracemi, kolísáním teploty atd.) a před vlivy okolního prostředí (např. vlhkostí, korozí apod.). Technicky je tato ochrana zajištěna zalitím čipu do tekuté pryskyřicové matrice, např. lepidlem z epoxidové pryskyřice, a následně tepelným vytvrzením (tzv. metoda glob top).
 
Zvláště jednosložkové epoxidové pryskyřice vytvrzované teplem (např. DELO-Monopox GE) splňují požadavky na vysokou úroveň spolehlivosti při výrobě modulů, které jsou určeny pro použití v automobilovém průmyslu nebo v průmyslových zařízeních s náročným provozem. Zalitím čipu a propojovacích drátků na desce s plošnými spoji dochází ke spojení různorodých materiálů, které se při změnách teploty nestejnoměrně roztahují, resp. smršťují – dochází k tzv. tepelnému nepřizpůsobení. Vlivem tohoto jevu dochází v tomto kompozitu k pnutí, které značně závisí na součiniteli tepelné roztažnosti (CTE – Coefficient of Thermal Expansion) zalévací hmoty. Aby bylo možné toto pnutí minimalizovat, je třeba co nejvíce přizpůsobit součinitel tepelné roztažnosti zalévací hmoty součinitelům tepelné roztažnosti ostatních materiálů (křemíkový čip 4 ppm/K, zlaté drátky 14 ppm/K, deska s plošnými spoji 0 až 20 ppm/K). Nejlepší výsledky jsou v praxi dosahovány s výrobky, jejichž CTE < 20 ppm/K (např. plněné jednosložkové epoxidové pryskyřice DELO). Další výhodou čipových zalévacích hmot DELO-Monopox GE je velmi dobrá tepelná a chemická odolnost a rovněž nízký potenciál dovytvrzování.
 
Použití lepidel při výrobě v oblasti elektroniky je velmi rozmanité. Lepení miniaturních součástek na desky s plošnými spoji, utěsňování pouzder, čipové zalévací hmoty nebo lepení technologií flip-chip staví vývojáře v této oblasti před stále nové výzvy. Společnost DELO Industrie Klebstoffe nabízí široké spektrum na míru šitých řešení pro speciální použití – zvláště tam, kde jsou kladeny vysoké požadavky na materiály, krátké doby výrobních taktů a rychlé výrobní procesy.
 
DELO Industrie Klebstoffe
tel.: +49 8193 9900–0
e-mail: info@DELO.de
 
Obr. 1. Lepení miniaturních součástek na desku s plošnými spoji
Obr. 2. Technologie flip-chip – spolehlivé kontaktování lepidly NCA/ACA
Obr. 3. Zalití čipu metodou glop top na desce s plošnými spoji