Sn52In solder ACFs were fabricated and thermo-compression bonded at 130℃ for 30 seconds to bond PZTs on FPCs. Scanning Electron Microscopy (SEM) / Energy Dispersive X-ray (EDX) analysis of Sn52In solder joint cross-sections showed that the microstructure of Intermetallic Compounds (IMCs) was consisted of Au-In and Sn-Ni phases. Pressure cooker test and dynamic bending test were also carried out to examine the bonding reliability. And the results were compared with conventional metal coated polymer particles ACFs and commercial adhesive. After a pressure cooker test, the final intermetallic compound of Sn52In solder joint was Au-In-Sn ternary phase. Sn52In solder ACFs bonding offer very reliable metallurgical bonding.
Acoustic Matching Layer Films were fabricated using B-stage thermosetting polymer resins with various volume fractions of alumina and tungsten powders. After mixing certain thickness MLFs, acoustic matching layers were fabricated using a simple molding process. The thickness of the matching layers can be precisely adjusted from several micron to hundreds of microns, without any grinding process. Experimental values of acoustic impedances of the matching layers were in good agreement with theoretical values calculated by the Devaney model.
Piezoelectric Ultrasound Transducers were fabricated with the different bonding temperatures to validate the performance of PUTs regarding the bonding temperatures. The results showed that electro-mechanical coupling factor and ultrasound intensity of PUTs were increased with decreasing bonding temperatures because of PZT thermal degradation effect, which indicates that Sn52In solder ACFs are suitable for PUTs assembly. And a pair of Piezoelectric Ultrasound Transducer was also fabricated to validate the performance of the matching layer by comparing between the non-matched and matched transducers. Using the optimized acoustic matching layer by the MLFs, the fractional band width of the ultrasonic transducer was increased by 37%. The effectiveness of the matching layer using MLFs was successfully verified.
PZT 본딩에 적용하기 위한 저온융점을 가진 솔더 입자와 열산 발생제를 포함하는 이방성 전도 필름에 대한 연구를 진행하였다. 열압착 본딩 후 솔더 습윤을 통해 전극 사이에 금속합금에 의한 접합을 가능하게 하였다. 이러한 접합은 기존에 물리적 접합을 금속합금 접합을 바꾸면서, 고신뢰성 및 솔더의 녹는성질을 통해 기판 평탄도에도 민감하지 않는 장점이 있다. 솔더 이방성전도필름은 72시간의 열과 수분 압력의 가혹한 환경에서도 금속합금 접합으로 인해 매우 안정적인 전기적 저항을 유지하는 것을 확인하였다.
B-스테이지 열경화성 수지를 사용하여 음향 정합층을 제작하였다. B-스테이지 열경화성 수지는 열경화성 수지에 열 잠재성 경화제를 섞은 것으로 상온에서는 경화되지 않고 적절한 경화온도에서 경화되며, 상온에서는 고상의 미경화된 필름 형태를 유지할 수 있어 정밀한 두께 형성과 핸들링이 용이한 장점이 있다. 필름 형태의 B-스테이지 열경화성 수지를 이용하여 열과 압력을 가해서 동시에 경화를 시켜 정확하게 음향 정합층 두께를 조절할 수 있어 제작공정이 간단해지고, 시간을 절약할 수 있는 장점이 있다. 자세한 음향 정합층 필름 재료의 제작 방법은 열경화성 수지, 열 잠재성 경화제와 (세라믹 혹은 메탈) 파우더를 섞은 복합용액를 콤마 롤 코터를 사용하여 필름코팅 한후 용제를 건조시켜 필름 형태로 만든다. 만들어진 필름을 적절한 두께로 적층을 하고, 열과 압력을 주어서 열경화성 수지를 경화를 시킨다. 이 때, 경화하는 과정에서 열경화성 수지는 초기 가열 온도에 의해 점도가 낮아지기 때문에 레진흐름에 의해 음향 정합층의 두께는 주변에 위치한 금속 스페이서 두께에 의해 결정되게 된다. 즉, 금속 스페이서 두께를 조절하여, 음향 정합층의 두께를 파장의 1/4 두께로 정확하게 조절 가능하다. 산업에서 요구하는 두께 편차는 +/- 3마이크론 이하이며, 실제 제작후 측정결과 만족하는 것을 확인하였다. 제작된 음향 정합층은 열경화성 접착 수지 필름을 이용하여 초음파를 발생시키는 압전세라믹과 부착된다.
최적화한 솔더 이방성전도필름과 최적화한 음향 정합층을 사용하여, 초음파 트랜스듀서를 제작하였다. 제작된 초음파 트랜스듀서를 통해 PDMS두께 측정을 하였고, 초음파 트랜스듀서의 제작본딩 온도가 낮을수록 초음파 세기가 증가하는 것을 알 수 있었고, 음향정합층을 부착한 후 비대역폭이 37% 증가하는 것을 알 수 있었다.
