Experimentální práce s holými polovodičovými strukturami

Při práci s experimentálními polovodičovými strukturami se často setkáváme s potřebou jejich mechanického upevnění v testovacích či měřicích aparaturách a také jejich elektrického propojení s vyhodnocovacími a měřicími obvody. Nejčastěji se tyto potřeby ukazují při vývoji čipových senzorů a čidel. Řešením dané problematiky jsou čipové expandery svými rozměry, uspořádáním a počtem vývodů uzpůsobené použitému čipu a dané aplikaci.

Čipové expandery

Čipové expandery jsou tvořeny vodivou strukturou vytvořenou na izolační podložce, která umožňuje přilepení experimentálních polovodičových struktur a čipů a která po jejich nakontaktování umožňuje snadné propojení do vnějších měřicích a kontrolních zařízení. Podle požadavků zákazníka a povahy úlohy je možné vývody z expanderu trvale připojit např. k plošnému spoji pomocí pájení páskových SMD vývodů, tenkými izolovanými dráty nebo rozpojitelnými precizními zlacenými (popř. cínovanými) dutinkovými vývody.

Čipové expandery CE1, CE2, CE3 jsou realizovány potiskem stříbrnou tlustovrstvovou pastou na keramickém substrátu Al2O3 o rozměrech 25,4 × 25,4 mm. Motiv potisku se u jednotlivých typů liší velikostí střední plochy, která slouží pro přilepení čipu. Vodivé plošky jsou přes hranu vyvedeny na rubovou stranu substrátu, kde jsou opatřeny pájenými dutinkovými vývody o průměru 0,5 mm. Výhodou tohoto uspořádání je velmi nízký celkový profil cca 2 mm. Díky tomuto planárnímu uspořádání a vhodnému materiálovému složení je možné tyto využít např. pro měření v aparaturách AFM mikroskopů. V případě potřeby je možné opatřit rubovou stranu expanderů plošným topným odporem, který je schopen s pomocí čidla a potřebného příkonu udržovat teplotu expanderu v rozmezí od teploty okolí do teploty 120 °C.

Pokud aplikace nevyžaduje rozpojení vývodů, je možné tyto realizovat připájením cínovanými měděnými drátky s teflonovou izolací od běžných průměrů až po velmi tenké. Extrémem jsou dráty s vnějším průměrem včetně teflonové izolace 0,21 mm, které mají při volném ložení proudovou nosnost 1,5 A bez výrazného zvýšení teploty.

Čipový expander CE4 s rozměrem základny 12,7 × 12,7 mm je určen výhradně pro páskové SMD vývody o rozteči 1 mm a slouží při umístění čipu jako provizorní pouzdro s až 32 vývody. Rovněž může být na rubové straně opatřen odporovou topnou vrstvou. Obdobným typem je expander CE5, který při rozměrech 25,4 × 25,4 mm umožňuje umístit po svém obvodu až 56 vývodů. Opět platí možnost realizace topné vrstvy na jeho rubové straně.

Čipové expandery CE6 a CE7 uvádíme jako příklad toho, že při specifických požadavcích uživatele či potřebách dané aplikace (např. umístění do speciálních držáků vakuové aparatury) je možné s danými technologickými možnostmi vytvořit jejich libovolné uspořádání. Tyto dva typy jsou specifické umístěním topné vrstvy na lícové straně (strana připojení čipu) tak, aby nedošlo k elektrickému propojení topení s držákem v aparatuře.

Možnosti uplatnění čipových expanderů

Specializované čipové expandery podstatným způsobem racionalizují řešení specifických experimentálních úloh s polovodičovými strukturami v etapě mezi vývojem samotného čipu a jeho definitivním uspořádáním v konečném pouzdře. Stejně dobře se uplatňují také v oblasti výzkumu, kde polovodičové struktury slouží např. pouze jako kontaktní systém pro výzkum nanotechnologických úloh (grafenové struktury apod.). Tyto čipové expandery jsou produktem spolupráce společnosti SEANT Technology s.r.o. a Vysokého učení technického v Brně (FEKT, UMEL). Tato spolupráce ukazuje užitečnost spolků, jakým je např. IMAPS CZ&SK, jenž inicializoval vznik těchto struktur, a to dokonce bez jakékoliv vnější finanční podpory. Uplatnění našly především na pracovištích Vysokého učení technického v Brně (VUT v Brně), Středoevropského technologického institutu (CEITEC) a touto cestou se rozšířily na další vědecká a vývojová pracoviště včetně zahraničních (TU Vídeň).