Microwave curing for high density package

Summary form only given. Currently the vast majority of adhesive materials in electronic products are bonded using convection heating or infra-red as well as UV-curing. These thermal processing steps can take several hours to perform, slowing throughput and contributing a significant portion of the cost of manufacturing. With the demand for lighter, faster, and smaller electronic devices, there is a need for innovative material processing techniques and control methodologies. The increasing demand for smaller and cheaper devices pose engineering challenges in designing a curing systems that minimize the time required between the curing of devices in a production line, allowing access to the components during curing for alignment and testing. Microwave radiation exhibits several favorable characteristics and over the past few years has attracted increased academic and industrial attention as an alternative solution to curing of flip-chip underfills, bumps, glob top and potting cure, structural bonding, die attach, wafer processing, opto-electronics assembly as well as RF-ID tag bonding. Microwave energy fundamentally accelerates the cure kinetics of polymer adhesives. It provides a route to focus heat into the polymer materials penetrating the substrates that typically remain transparent. Therefore microwave energy can be used to minimise the temperature increase in the surrounding materials. The short path between the energy source and the cured material ensures a rapid heating rate and an overall low thermal budget. In this keynote talk, we will review the principles of microwave curing of materials for high density packing. Emphasis will be placed on recent advances within ongoing research in the UK on the realization of "open-oven" cavities, tailored to address existing challenges. Open-ovens do not require positioning of the device into the cavity through a movable door, hence being more suitable for fully automated processing. Further potential advantages of op- - en-oven curing include the possibility for simultaneous fine placement and curing of the device into a larger assembly. These capabilities promise productivity gains by combining assembly, placement and bonding into a single processing step. Moreover, the proposed design allows for selective heating within a large substrate, which can be useful particularly when the latter includes parts sensitive to increased temperatures.

Advanced microwave oven for rapid curing of encapsulant

The curing of a thermosetting polymer materials utilized on micro-electronics packaging applications can be performed using microwave systems. The use of microwave energy enables the cure process to be completed more rapidly than with alternative approaches due to the ability to heat volumetrically. Furthermore, advanced dual-section microwave systems enable curing of individual components on a chip-on-board assembly. The dielectric properties of thermosetting polymer materials, commonly used in microelectronics packaging applications, vary significantly with temperature and degree of cure. The heating rate within a material subjected to an electric field is primarily dependant on the dielectric loss properties of the material itself. This article examines the variation in dielectric properties of a commercially available encapsulant paste with frequency and temperature and the resulting influence on the cure process. The 'FAMOBS' dual section microwave system and its application to microelectronics manufacture are described. The measurement of the dielectric properties of 'Henkel EO1080' encapsulant paste uses a commercially available 'dielectric probe kit' and is described in this paper. The FAMOBS heating system is used to encapsulate a small op-amp chip. A numerical model formulated to assess the cure process in thermosetting polymer materials under microwave heating is outlined. Numerical results showing that the microwave processing systems is capable of rapidly and evenly curing thermosetting polymer materials are presented.

Numerical analysis of thermal stresses induced during VFM encapsulant curing

Encapsulant curing using a Variable Frequency Microwave (VFM) system is analysed numerically. Thermosetting polymer encapsulant materials require an input of heat energy to initiate the cure process. In this article, the heating is considered to be performed by a novel microwave system, able to perform the curing process more rapidly than conventional techniques. Thermal stresses are induced when packages containing materials with differing coefficients of thermal expansion are heated, and cure stresses are induced as thermosetting polymer materials shrink during the cure process. These stresses are developed during processing and remain as residual stresses within the component after the manufacturing process is complete. As residual stresses will directly affect the reliability of the device, it is necessary to assess their magnitude and the effect on package reliability. A coupled multiphysics model has been developed to numercially analyse the microwave curing process. In order to obtain a usefully accurate model of this process, a holistic approach has been taken, in which the process is not considered to be a sequence of discrete steps, but as a complex coupled system. An overview of the implemented numerical model is presented, with particular focus paid to analysis of induced thermal stresses. Results showing distribution of stresses within an idealised microelectronics package are presented and discussed.

On the application of variable frequency microwave technology for processing of individual surface mount components

Dual-section variable frequency microwave systems enable rapid, controllable heating of materials within an individual surface mount component in a chip-on=board assembly. The ability to process devices individually allows components with disparate processing requirements to be mounted on the same assembly. The temperature profile induced by the microwave system can be specifically tailored to the needs of the component, allowing optimisation and degree of cure whilst minimising thermomechanical stresses. This paper presents a review of dual-section microwave technology and its application to curing of thermosetting polymer materials in microelectronics applications. Curing processes using both conventional and microwave technologies are assessed and compared. Results indicate that dual-section microwave systems are able to cure individual surface mount packages in a significantly shorter time, at the expense of an increase in thermomechanical stresses and a greater variation in degree of cure.

Chain confinement promotes β-phase formation in polyfluorene-based photoluminescent ionogels

The synthesis of photoluminescent conjugated polymer silica ionogels using sol–gel chemistry is described. Cooperative self-assembly of an ionic liquid, the silica precursor and poly(9,9-dioctylfluorene) (PFO) via hydrogen bonding and p-stacking interactions drives formation of the PFO ß-phase.

Electrospinning and characterization of supramolecular poly(4-vinyl pyridine)-small molecule complexes

La chimie supramoléculaire est basée sur l'assemblage non covalent de blocs simples, des petites molécules aux polymères, pour synthétiser des matériaux fonctionnels ou complexes. La poly(4-vinylpyridine) (P4VP) est l'une des composantes supramoléculaires les plus utilisées en raison de sa chaîne latérale composée d’une pyridine pouvant interagir avec de nombreuses espèces, telles que les petites molécules monofonctionnelles et bifonctionnelles, grâce à divers types d'interactions. Dans cette thèse, des assemblages supramoléculaires de P4VP interagissant par liaisons hydrogène avec de petites molécules sont étudiés, en ayant comme objectifs de faciliter l'électrofilage de polymères et de mieux comprendre et d'optimiser la photoréponse des matériaux contenant des dérivés d'azobenzène. Une nouvelle approche est proposée afin d'élargir l'applicabilité de l'électrofilage, une technique courante pour produire des nanofibres. À cet effet, un complexe entre la P4VP et un agent de réticulation bifonctionnel capable de former deux liaisons hydrogène, le 4,4'-biphénol (BiOH), a été préparé pour faciliter le processus d’électrofilage des solutions de P4VP. Pour mieux comprendre ce complexe, une nouvelle méthode de spectroscopie infrarouge (IR) a d'abord été développée pour quantifier l'étendue de la complexation. Elle permet de déterminer un paramètre clé, le rapport du coefficient d'absorption d'une paire de bandes attribuées aux groupements pyridines libres et liées par liaisons hydrogène, en utilisant la 4-éthylpyridine comme composé modèle à l’état liquide. Cette méthode a été appliquée à de nombreux complexes de P4VP impliquant des liaisons hydrogène et devrait être généralement applicable à d'autres complexes polymères. La microscopie électronique à balayage (SEM) a révélé l'effet significatif du BiOH sur la facilité du processus d’électrofilage de P4VP de masses molaires élevées et faibles. La concentration minimale pour former des fibres présentant des perles diminue dans le N, N'-diméthylformamide (DMF) et diminue encore plus lorsque le nitrométhane, un mauvais solvant pour la P4VP et un non-solvant pour le BiOH, est ajouté pour diminuer l'effet de rupture des liaisons hydrogène causé par le DMF. Les liaisons hydrogène dans les solutions et les fibres de P4VP-BiOH ont été quantifiées par spectroscopie IR et les résultats de rhéologie ont démontré la capacité de points de réticulation effectifs, analogues aux enchevêtrements physiques, à augmenter la viscoélasticité de solutions de P4VP pour mieux résister à la formation de gouttelettes. Cette réticulation effective fonctionne en raison d'interactions entre le BiOH bifonctionnel et deux chaînes de P4VP, et entre les groupements hydroxyles du BiOH complexé de manière monofonctionnelle. Des études sur d’autres agents de réticulation de faible masse molaire ont montré que la plus forte réticulation effective est introduite par des groupes d’acide carboxylique et des ions de zinc (II) qui facilitent le processus d’électrofilage par rapport aux groupements hydroxyles du BiOH. De plus, la sublimation est efficace pour éliminer le BiOH contenu dans les fibres sans affecter leur morphologie, fournissant ainsi une méthode élégante pour préparer des fibres de polymères purs dont le processus d’électrofilage est habituellement difficile. Deux complexes entre la P4VP et des azobenzènes photoactifs portant le même groupement tête hydroxyle et différents groupes queue, soit cyano (ACN) ou hydrogène (AH), ont été étudiés par spectroscopie infrarouge d’absorbance structurale par modulation de la polarisation (PM-IRSAS) pour évaluer l'impact des groupements queue sur leur performance lors de l'irradiation avec de la lumière polarisée linéairement. Nous avons constaté que ACN mène à la photo-orientation des chaînes latérales de la P4VP et des azobenzènes, tandis que AH mène seulement à une orientation plus faible des chromophores. La photo-orientation des azobenzènes diminue pour les complexes avec une teneur croissante en chromophore, mais l'orientation de la P4VP augmente. D'autre part, l'orientation résiduelle après la relaxation thermique augmente avec la teneur en ACN, à la fois pour le ACN et la P4VP, mais la tendance opposée est constatée pour AH. Ces différences suggèrent que le moment dipolaire a un impact sur la diffusion rotationnelle des chromophores. Ces résultats contribueront à orienter la conception de matériaux polymères contenant des azobenzène efficaces.

Supramolecular polymers azo-containing : photo-responsive block copolymer elastomers and homopolymers

Beaucoup d'efforts dans le domaine des matériaux polymères sont déployés pour développer de nouveaux matériaux fonctionnels pour des applications spécifiques, souvent très sophistiquées, en employant des méthodes simplifiées de synthèse et de préparation. Cette thèse porte sur les polymères photosensibles – i.e. des matériaux fonctionnels qui répondent de diverses manières à la lumière – qui sont préparés à l'aide de la chimie supramoléculaire – i.e. une méthode de préparation qui repose sur l'auto-assemblage spontané de motifs moléculaires plus simples via des interactions non covalentes pour former le matériau final désiré. Deux types de matériaux photosensibles ont été ciblés, à savoir les élastomères thermoplastiques à base de copolymères à blocs (TPE) et les complexes d'homopolymères photosensibles. Les TPEs sont des matériaux bien connus, et même commercialisés, qui sont généralement composés d’un copolymère tribloc, avec un bloc central très flexible et des blocs terminaux rigides qui présentent une séparation de phase menant à des domaines durs isolés, composés des blocs terminaux rigides, dans une matrice molle formée du bloc central flexible, et ils ont l'avantage d'être recyclable. Pour la première fois, au meilleur de notre connaissance, nous avons préparé ces matériaux avec des propriétés photosensibles, basé sur la complexation supramoléculaire entre un copolymère tribloc simple parent et une petite molécule possédant une fonctionnalité photosensible via un groupe azobenzène. Plus précisément, il s’agit de la complexation ionique entre la forme quaternisée d'un copolymère à blocs, le poly(méthacrylate de diméthylaminoéthyle)-poly(acrylate de n-butyle)-poly(méthacrylate de diméthylaminoéthyle) (PDM-PnBA-PDM), synthétisé par polymérisation radicalaire par transfert d’atomes (ATRP), et l'orange de méthyle (MO), un composé azo disponible commercialement comportant un groupement SO3 -. Le PnBA possède une température de transition vitreuse en dessous de la température ambiante (-46 °C) et les blocs terminaux de PDM complexés avec le MO ont une température de transition vitreuse élevée (140-180 °C, en fonction de la masse molaire). Des tests simples d'élasticité montrent que les copolymères à blocs complexés avec des fractions massiques allant de 20 à 30% présentent un caractère élastomère. Des mesures d’AFM et de TEM (microscopie à force atomique et électronique à ii transmission) de films préparés à l’aide de la méthode de la tournette, montrent une corrélation entre le caractère élastomère et les morphologies où les blocs rigides forment une phase minoritaire dispersée (domaines sphériques ou cylindriques courts). Une phase dure continue (morphologie inversée) est observée pour une fraction massique en blocs rigides d'environ 37%, ce qui est beaucoup plus faible que celle observée pour les copolymères à blocs neutres, dû aux interactions ioniques. La réversibilité de la photoisomérisation a été démontrée pour ces matériaux, à la fois en solution et sous forme de film. La synthèse du copolymère à blocs PDM-PnBA-PDM a ensuite été optimisée en utilisant la technique d'échange d'halogène en ATRP, ainsi qu’en apportant d'autres modifications à la recette de polymérisation. Des produits monodisperses ont été obtenus à la fois pour la macroamorceur et le copolymère à blocs. À partir d'un seul copolymère à blocs parent, une série de copolymères à blocs partiellement/complètement quaternisés et complexés ont été préparés. Des tests préliminaires de traction sur les copolymères à blocs complexés avec le MO ont montré que leur élasticité est corrélée avec la fraction massique du bloc dur, qui peut être ajustée par le degré de quaternisation et de complexation. Finalement, une série de complexes d'homopolymères auto-assemblés à partir du PDM et de trois dérivés azobenzènes portant des groupes (OH, COOH et SO3) capables d'interactions directionnelles avec le groupement amino du PDM ont été préparés, où les dérivés azo sont associés avec le PDM, respectivement, via des interactions hydrogène, des liaisons ioniques combinées à une liaison hydrogène à travers un transfert de proton (acidebase), et des interactions purement ioniques. L'influence de la teneur en azo et du type de liaison sur la facilité d’inscription des réseaux de diffraction (SRG) a été étudiée. L’efficacité de diffraction des SRGs et la profondeur des réseaux inscrits à partir de films préparés à la méthode de la tournette montrent que la liaison ionique et une teneur élevée en azo conduit à une formation plus efficace des SRGs.

Non-Destructive Evaluation of Ion-Implanted Semiconductor Thin Films Using Photothermal Deflections Spectroscopy

Materials and equipment which fail to achieve the design requirements or projected life due to undetected defects may require expensive repair or early replacement. Such defects may also be the cause of unsafe conditions or catastrophic unexpected failure, and will lead to loss of revenue due to plant shutdown. Non-Destructive Evaluation (NDE) / Non Destructive Testing (NDT) is used for the examination of materials and components without changing or destroying their usefulness. NDT can be applied to each stage of a system’s construction, to monitor the integrity of the system or structure throughout its life.

Methylene Blue Doped Polymers: efficient Media for Optical Recording

Polymer materials find application in optical storage technology, namely in the development of high information density and fast access type memories. A new polymer blend of methylene blue sensitized polyvinyl alcohol (PVA) and polyacrylic acid (PAA) in methanol is prepared and characterized and its comparison with methylene blue sensitized PVA in methanol and complexed methylene blue sensitized polyvinyl chloride (CMBPVC) is presented. The optical absorption spectra of the thin films of these polymers showed a strong and broad absorption region at 670-650 nm, matching the wavelength of the laser used. A very slow recovery of the dye on irradiation was observed when a 7:3 blend of polyvinyl alcohol/polyacrylic acid at a pHof 3.8 and a sensitizer concentration of 4.67 10 5 g/ml were used. A diffraction efficiency of up to 20% was observed for the MBPVA/alcohol system and an energetic sensitivity of 2000 mJ/cm2 was obtained in the photosensitive films with a spatial frequency of 588 lines/mm.

Methylene Blue Doped Polymers:Efficient Media for Optical Recording

Polymer materials find application in optical storage technology, namely in the development of high information density and fast access type memories. A new polymer blend of methylene blue sensitized polyvinyl alcohol (PVA) and polyacrylic acid (PAA) in methanol is prepared and characterized and its comparison with methylene blue sensitized PVA in methanol and complexed methylene blue sensitized polyvinyl chloride (CMBPVC) is presented. The optical absorption spectra of the thin films of these polymers showed a strong and broad absorption region at 670-650 nm, matching the wavelength of the laser used. A very slow recovery of the dye on irradiation was observed when a 7:3 blend of polyvinyl alcohol/polyacrylic acid at a pHof 3.8 and a sensitizer concentration of 4.67 10 5 g/ml were used. A diffraction efficiency of up to 20% was observed for the MBPVA/alcohol system and an energetic sensitivity of 2000 mJ/cm2 was obtained in the photosensitive films with a spatial frequency of 588 lines/mm.

Radiopacity and Chemical resistance of Elastomer-Barium sulphate nanocomposites with special reference to Natural Rubber, Ethylene Propylene Rubber and Isobutylene Isoprene Rubber

The Human race of our century is in gluttonous search for novel engineering products which led to a skyrocketed progress in research and fabrication of filled polymers. Recently, a big window has been opened up for speciality polymers especially elastomers with promising properties. Among the many reasons why rubbers are widely used in the process industries, three are considered as important. Firstly, rubbers operate in a variety of environments and possess usable ranges of deformity and durability and can be exploited through suitable and more or less conventional equipment design principles. Secondly, rubber is an eminently suitable construction material for protection against corrosion in the chemical plant and equipment against various corrosive chemicals as, acids and alkalies and if property tailored, can shield ionising radiations as X-rays and gamma rays in medical industry, with minimum maintenance lower down time, negligible corrosion and a preferred choice for aggressive corroding and ionising environment. Thirdly, rubber can readily and hastily, and at a relatively lower cost, be converted into serviceable products, having intricate shapes and dimensions. In a century’s gap, large employment of flexible polymer materials in the different segments of industry has stimulated the development of new materials with special properties, which paved its way to the synthesis of various nanoscale materials. At nano scale, one makes an entry into a world where multidisciplinary sciences meet and utilises the previously unapproached infinitesimal length scale, having dimension which measure upto one billionth of a meter, to create novel properties. The nano fillers augment the elastomers properties in an astonishing fashion due to their multifunctional nature and unprecedented properties have been exhibited by these polymer-nanocomposites just to beat the shortcomings of traditional micro composites. The current research aims to investigate the possibility of using synthesised nano barium sulphate for fabricating elastomer-based nanocomposites and thereby imparting several properties to the rubber. In this thesis, nano materials, their synthesis, structure, properties and applications are studied. The properties of barium sulphate like chemical resistance and radiopacity have been utilized in the present study and is imparted to the elastomers by preparing composites

Immobilization of Diastase α-amylase on to synthetic and natural polymers

Several natural and synthetic supports have been assessed for their efficiency for enzyme immobilization. Synthetic polymer materials are prepared by chemical polymerization using various monomers. As a kind of important carrier, synthetic polymer materials exhibit the advantages of good mechanical rigidity, high specific surface area, inertness to microbial attack, easy to change their surface characteristics, and their potential for bringing specific functional group according to actual needs. Hence, they have been widely investigated and used for enzyme immobilization. When it comes to the natural polymer materials, much attention has been paid to cellulose and other natural polymer materials owing to their wide range of sources, easy modification, nontoxic, and pollution-free, with a possibility of introducing wide variety of functional groups and good biocompatible properties. In this work report the use of synthetic polymer, polypyrrole and its derivatives and natural polymers coconut fiber and sugarcane bagasse as supports for Diastase α- amylase immobilization. An attempt was also made to functionalize both synthetic and natural polymers using Amino-propyl triethoxysilane. Supports and their immobilized forms were characterized via FT-IR, TG, SEM, XRD, BET and EDS techniques. Immobilization parameters were also optimized so as to prepare stable immobilized biocatalyst for starch hydrolysis.

Análisis de los componentes de la cadena de suministro y su relación con el desempeño superior de la organización en el sector manufacturero

En este documento se evidencia como el desempeño organizacional de una empresa, entendido como el rendimiento superior de la misma, se ve modificado por las prácticas o metodologías utilizadas, aplicadas e integradas a cada uno de los componentes de la Cadena de suministros. Es así que el propósito principal es demostrar cual es la relación entre los componentes de la Cadena de Suministros y su gestión sobre los rendimientos económicos de la empresa. De esa manera se encontraron múltiples actividades que toman lugar en los procesos característicos de cada uno de los componentes de la cadena de suministros y que al final nos presentan una variabilidad sobre los rendimientos de la empresa. Cabe recalcar que la investigación se realizó con respecto a empresas pertenecientes al sector manufacturero y abarca una buena parte de este. La importancia que tiene la investigación, es el haber entregado como resultado, el conocimiento sobre algunas de las practicas más utilizadas en el sector en cada uno de sus componentes, lo cual hace de la Cadena de suministros, un factor por excelencia para ser tratado e implementado con el fin de alcanzar mayores rendimientos económicos a nivel de empresa. En la investigación se utilizaron los casos de empresas reales tanto nacionales como internacionales y se encontraron situaciones claves que evidenciaban la hipótesis de la relación entre la cadena de suministros y el desempeño organizacional. Es por ello, que si bien es ahora cierto, que las actividades desarrolladas en los componentes de la Cadena de Suministros de las empresas influyen en el incremento de los rendimientos, es importante que las empresas conozcan de esta información para tener una idea de cómo desarrollar ventajas competitivas que los posicionen como empresa y les genere entonces mayores rendimientos, o por el contrario, les genere ahorros en costos y por ende altos beneficios y nuevas inversiones en prácticas que a la larga volverá a la empresa en un organismo eficientes y próspero.

Excited State Absorption of Doped and Undoped Polyanyline

Polyaniline is a conducting polymer with appealing electrical and optical properties, arising from the -conjugation along the polymer backbone. The understanding of its excited state absorption is of prime importance for designing and fabricating optical devices. Here, we report on the study of the excited state absorption of doped and undoped PANI by using femtosecond pulses in the spectral range from 450nm up to 850nm. For undoped PANI, we observed saturation of absorption as well as reverse saturable absorption, depending on the excitation wavelength. For doped PANI, however, only saturable absorption was observed.

Optical VOCs detection using poly(3-alkylthiophenes) with different side-chain lengths

The use of conjugated polymers in the gas and volatile organic compounds (VOCs) detections represents an advance in the development of the electronic noses. Polythiophenes show good thermal and environmental stability, are easily synthesized and they have been studied as gas and VOCs sensors using different principles or transduction techniques. Among these techniques, optical sensing has been attracted attention, mainly due to its versatility. However, conjugated polymer-based optical sensors are still less studied. This paper describes the use of two poly(3-alkylthiophenes) for VOCs optical detection. The sensing measurements were carried out using visible spectroscopy. Both polymers showed good sensitivity to the VOCs, showing fast and reversible responses with some hysteresis, and were unable to detect hydroxylated samples. Furthermore, it was demonstrated that the thickness of polymer films influences the intensity of the optical response. Although there is similarity in the superficial composition of the polymers films, demonstrated by their surface energies, they showed significant differences in their optical properties upon exposure to the VOCs. (c) 2009 Elsevier B.V. All rights reserved.