Kosteusanturin liitosmenetelmät radiosondissa

Tässä diplomityössä tutkittiin radiosondikäyttöön soveltuvia kosteusanturin liitosratkaisuja. Ratkaisun on sovelluttava sekä kapasitiiviseen kosteuden että resistiiviseen lämpötilan mittaukseen. Alhainen liitosresistanssi, yksinkertainen, tuotannollinen prosessi sekä alhainen (alle 200 °C) prosessilämpötila olivat työn suurimmat menetelmiä ja materiaaleja karsivat kriteerit. Työn teoriaosassa esitellään tutkitut liitosmenetelmät ja niiden prosessit. Tutkittaviksi valittiin lankabondaus, juotos sekä anisotrooppisesti johtava liimaliitos. Kirjallisuusselvityksen perusteella anisotrooppisesti johtavat liimat ovat kiinnostava liitosratkaisu vähäisten prosessivaiheiden vuoksi. Juottaminen on puolestaan menetelmänä tunnettu ja luotettava. Paksulankabondauksen etu on erittäin laajalti käytetty ja pitkälle kehitetty prosessi. Anisotrooppisesti johtavia liimoja valittiin työhön kolme, kaksi liimakalvoa ja yksi liimapasta. Materiaalit valittiin aikaisempien tutkimustulosten perusteella. Matalalämpötilajuotetta tutkittiin sekä ilman suojausta että kahden underfillsuojausmateriaalin kanssa. Underfillit valittiin valmistajien suositusten sekä niiden parametrien soveltuvuuden perusteella. Lankabondauksen tutkimiseen valittiin paksulla, 200 mikrometrin alumiinilangalla tehty liitos. Paksu lanka on ohutta kestävämpi sekä mekaanisesti että korroosiota vastaan. Sen suojaukseen valittiin kaksi glob top -materiaalia. Liitosrakenteiden suorituskykyä tutkittiin rasitustesteissä, jotka mahdollisimman hyvin simuloivat radiosondin käyttöolosuhteita. Testit osoittivat, että matalalämpötilajuote sekä paksulankabondaus soveltuvat suhteellisen hyvin kosteusanturin liittämiseen. Suojausmateriaalit eivät sen sijaan osoittautuneet täysin onnistuneesti valituiksi, sillä niiden vaikutus oli monessa tapauksessa anturin suorituskykyä huonontava. Anisotrooppisesti johtava liima puolestaan osoittautui hyvin haastavaksi prosessoinnin kannalta. Iso osa liitoksista epäonnistui, joten liimojen toiminnasta ei saatu vertailukelpoista tietoa. Toimivat näytteet menestyivät kuitenkin hyvin rasitustesteissä. Työn tulosten perusteella ei voida päätellä, mikä menetelmä soveltuu parhaiten radiosondin kosteusanturin liittämiseen, sillä oikea tuotantoprosessi eroaa merkittävästi työssä käytetyistä menetelmistä. Tuloksista saatiin paljon tietoa siitä, mihin kannattaa kiinnittää erityistä huomiota materiaalivalintoja tehdessä. Lisäksi havaittiin, että flip chip -menetelmällä liitetyt rakenteet ovat merkittävästi lankabondattuja liitoksia helpompi ja nopeampi käsitellä, mikä on tärkeää tuotannollisuuden ja prosessin kustannustehokkuuden kannalta