Search

Ultra-Thin Chip Packaging (UTCP) technology enables the integration of off-the-shelf integrated circuits into thin substrates such as different kinds of circuit boards. This technology has been created at CMST during many years of intensive study. In this technology the thinned chip is embedded into polyimide and a copper fan-out is created to form the connections between the chip and the circuit board. This technology is compatible with standard circuit board manufacturing technology, which makes it an attractive solution to create miniaturized packages for electronics. In this paper the reliability of UTCP structure was studied using adhesion peel testing. The different solutions for constructing the material layers inside a UTCP were compared for their adhesion. Special test structures were manufactured for testing. The tested material layers consisted of polyimide, benzocyclobutene (BCB) and adhesion promoter for BCB. Altogether four different constructions were tested and the peel testing was done to half of the samples right after manufacturing and to the other half after exposure in 85/85 –environment for 500h. The results show difference in adhesion after exposure to humidity. Test structures with BCB suffer from loss of adhesion in PI – BCB interface after exposure to moisture. This result addresses that the structure is more reliable when the amount of different materials and interfaces is decreased.

The use of electronics is spreading to a variety of new applications. Electronics are facing different environments and reliability needs to be maintained. In harsh environments, the use of conformal coatings protects the electronics and improves their reliability. However, the performance of conformal coatings in different environments and applications needs to be ascertained. This thesis reports the use of conformal coating materials and structures to protect anisotropically conductive adhesive joined flip chips against different environments, the main focus being their use in implantable electronics. With packaging technologies, the implant may be miniaturized, and the technologies used need to be proven to be extremely reliable. The environment inside the human body is very demanding, and thus thorough studies need to be conducted to ensure the protection capabilities of the conformal coatings and the reliability of the devices. In this thesis, the reliability testing of anisotropically conductive adhesive joined flip chips on FR-4 and PI substrates was studied in constant humidity tests, temperature cycling tests, salt spray tests, and hydrolysis tests using epoxy, parylene C and epoxy-parylene C conformal coatings. The test results were analyzed mainly in terms of the selection of the failure criterion, different failure modes and mechanisms. Conformal coating materials affect the failure modes in those tests and even though the failure mechanism remained the same in them, the stresses were not generated in the same way with coating causing delaminations in different interfaces as without coating. The results confirmed the overwhelming protection capability of parylene C against moisture and impurities. To conclude, electronics miniaturization has considerable potential for medical electronics and reliable solutions can be made small and flexible if needed.

One of the most in infuential factors when talking about industrial products are quality and reliability of the products. As company grows, grows also need for reliability plan. Purpose of this thesis was to present a variety of different reliability tools, and give examples of utilizing these tools. First tools revolved around Design for Reliability methodology. Its fundamental idea is to implement the reliability in the design process. Methods from the Design for Reliability consists of many different tools, while concentrating on preventive design with di erent analysis and simulations, and by using iterative design methods for testing, and redesign. Second set of tools was presented as a computer aided design. These tools takes advantage on developing computers, and digitalization, which can be utilized throughout the design process. Simulation for mechanical, electrical, and thermal phenomena can increase the reliability during the design process and in the meantime decrease time to market.Third part consists the important part for every design process, an analysis and selection of the components used. Errors on choosing the right component can have effects seen at long after the production process is over. It is important to know how to control the components reliability parameters, and also be aware the different ways of giving the reliability information. Also tolerances, parameter degradation and rating of components are discussed over the third part of this thesis. At each tool sets, the possible use is discussed during the presentation of the tools with the proper and right timed use. Also the possible impact the proper use of these tools might have to the new product development process is discussed.

Markkinoilla menestyäkseen elektroniikkalaitteen toiminnallisten ominaisuuksien lisäksi laitteen luotettavuuden on oltava kunnossa eli laitteen on kestettävä sille tarkoitetussa toimintaympäristössä sille arvioidun käyttöiän. Luotettavuuden takaamiseksi uusia laitteita on testattava ennen kuin ne päästetään markkinoille, sillä viallisten laitteiden korjaaminen jälkikäteen on yleensä kallista. Elektroniikkalaitteiden testaamiseen käytetään niin sanottuja kiihdytettyjä testejä, joissa laitteille aiheutetaan suurempia rasituksia kuin ne normaalissa käyttöympäristössään kokevat. Testeissä rikkoutuneiden laitteiden vikaantumismekanismeja tutkimalla voidaan laitteen rakennetta muuttaa siten, että sille asetetut luotettavuusvaatimukset täyttyvät. Elektroniikkalaitteiden käyttö on lisääntynyt ja monipuolistunut, minkä seurauksena laitteita käytetään monissa erilaisissa ympäristöissä. Laitteisiin kohdistuu muun muassa lämpötilan, kosteuden, tärinän, iskujen ja epäpuhtauksien aiheuttamia rasituksia. Useat elektroniset laitteet altistuvat elinkaarensa aikana ilmassa olevalle pölylle, joka kertyessään piirilevyjen ja komponenttien pintaan kiihdyttää johtimiin kohdistuvaa korroosiota. Elektroniikkalaitteiden pienentymisen myötä pienetkin materiaalihäviöt saattavat aiheuttaa johtimen katkeamisen ja laitteen rikkoutumisen. Korroosion lisäksi pöly kasvattaa vuotovirtoja ja komponenttien kokemia lämpörasituksia sekä aiheuttaa läpilyöntejä johdinten eristevälien yli. Vuotovirtojen kasvu ja läpilyönnit saattavat aiheuttaa laitteiden toimintaan häiriöitä ja pahimmassa tapauksessa laitteiden rikkoutumisen. Kiihdytettyjä testejä suunniteltaessa realististen tulosten saavuttamiseksi useimpien laitteiden testeihin tulisi sisällyttää myös pölytestejä. Tämän työn tavoitteena on suunnitella ja toteuttaa testauslaitteisto, jota voidaan käyttää tutkittaessa elektroniikkalaitteen pinnoille kerääntyvän pölyn aiheuttamia ilmiöitä. Testauslaitteen suunnittelun pohjana on käytetty ympäristötestausmenetelmiä käsittelevää MIL-STD-810F standardia. Työn teoriaosuudessa pääpaino on elektroniikkalaitteen suunnittelua käsittelevässä luvussa. Lisäksi teoriaosuudessa käydään läpi kiihdytettyä testaamista, pölyn vaikutuksia elektronisiin laitteisiin ja MIL-STD-810F standardia. Käytännön osuudessa käydään läpi testikaapin ohjauselektroniikan toteutus sekä laitteen toimintaperiaate ja mekaaninen rakenne. Työ sisältää lisäksi pölykaapin toiminnallisen testaamisen. Yksityiskohtaista testipölyllä tehtävää testausta ja hienosäätöä ei työhön sisälly.

Elektroniikan tuotantotekniikoista kääntösiruliitos on vanha, alun perin jo 1960-luvulla kehitetty teknologia, joka on kuitenkin vasta 2000-luvulla tullut yleisempään käyttöön elektroniikkatuottajien laitteistoinfrastruktuurin uusiutuessa pikkuhiljaa yhä pienempiskaalaisten pintaliitoskomponenttien liittämiseksi. Kuitenkin kääntösiruliitos kamppailee perinteisessä elektroniikan pakkaustekniikassa yhä altavastaajana esimerkiksi lankaliittämistä vastaan. Edullisissa sovelluksissa kääntösirujen juoteliittäminen tehdään edullisille, tyypillisesti orgaanisille alustoille, jotka ovat myös termomekaanisilta ominaisuuksiltaan heikompia verrattuna esimerkiksi keraamialustoihin. Tällöin prosessissa tarvitaan erillisen välitäytteen lisääminen, mikä vähentää liitettävän sirun ja alustan lämpölaajenemiskertoimien välisistä eroavaisuuksista johtuvia jännityksiä. Välitäytteenä käytetään perinteisesti kapillaarisia epoksivälitäytteitä, jotka mahdollistavat hyvän luotettavuuden, sillä ne ovat lujia ja adhesiivisia. Samalla kapillaaristen välitäytteiden hyvät ominaisuudet vaikeuttavat niillä parannettujen liitosten korjattavuutta. Paryleenipinnoitteet ovat ominaisuuksiltaan ylivertaisia, ja jo ohuet kerrokset muodostavat erittäin tiiviin ja liuottumattoman suojapinnoitteen elektroniikalle. Paryleenipinnoitteen soveltumista kääntösirujen välitäytteiksi ei ole juurikaan tutkittu ja aihetta käsitellään vain viitteellisesti liitosten korjattavuuden yhteydessä. Höyryvaporisaatioprosessi mahdollistaa paryleenin tunkeutumisen ahtaisiin väleihin, kuten sirun ja alustan väliin, ja toisaalta paryleeni on termomekaanisilta ominaisuuksiltaan sopiva välitäytemateriaaliksi. Lisäksi paryleenin eduiksi voidaan laskea sen ympäristön vaikutuksilta suojaava vaikutus, mikä on ehto erityistä luotettavuutta vaativissa järjestelmissä ja vaikeissa ympäristöissä. Työn tuloksena on tehty kirjallisuusselvitystä paryleenipinnoitteen soveltumisesta kääntösirujen välitäytteeksi sekä kokeellinen sarja, jonka perusteella on tutkittu tietyn paryleenipinnoitekerroksen tunkeutumista välitilaan sekä paryleenipinnoitettujen kääntösiruliitosten käyttäytymistä lämpösyklitestissä ja tehty tämän perusteella havaintoja ja ehdotuksia mahdollista jatkotutkimusta varten. /Kir10