- •Оглавление
- •1. Монтаж полупроводниковых кристаллов к основаниям корпусов 10
- •2. Бессвинцовая пайка в технологии производства ппи 57
- •3. Проволочный монтаж в производстве ппи 102
- •4. Групповой монтаж в технологии производства ппи 184
- •5. Контроль качества внутренних соединений ппи 218
- •Введение
- •1. Монтаж полупроводниковых кристаллов к основаниям корпусов
- •1.1. Пайка кристаллов
- •Оборудование для монтажа кристаллов
- •1.2. Групповая термоимпульсная пайка кристаллов
- •1.3. Оценка смачиваемости и растекания припоя по паяемой поверхности
- •1.4. Заполнение припоем капиллярного зазора между кристаллом и корпусом при пайке
- •1.5. Посадка на клей
- •Оборудование для клеевых соединений
- •2. Бессвинцовая пайка в технологии производства ппи
- •2.1. Недостатки Pb-Sn припоев
- •2.2. Экологические аспекты проблемы бессвинцовой пайки изделий микроэлектроники
- •2.2.1. Токсикологическая оценка металлов, входящих в состав припоев и покрытий для бессвинцовой пайки
- •2.2.2. Экологическая оценка припоев пос40 (40Sn/60Pb) и бессвинцового 95,5Sn/4Ag/0,5Cu
- •2.3. Покрытия для бессвинцовой пайки
- •2.3.1. Цинковое покрытие
- •2.3.2. Олово – висмутовое покрытие
- •2.3.3. Оловянное покрытие
- •2.3.4. Никелевое покрытие
- •2.3.5. Сплав никель – олово
- •2.3.6. Серебряное покрытие
- •2.4. Бессвинцовые припои в технологии производства ппи
- •2.4.1. Индиевые припои
- •2.4.2. Висмутовые припои
- •2.4.3. Припои на цинковой основе
- •2.4.4. Припои на основе олова
- •2.5. Пайка кристаллов к основаниям корпусов ппи
- •2.5.1. Пайка кристаллов ппи на основания корпусов с образованием эвтектики Si-Au
- •2.5.1.1. Свойства золота
- •2.5.1.2. Подготовка золотой фольги и позолоченных корпусов ппи к сборочным операциям
- •2.5.1.3. Остаточные механические напряжения в кристаллах при эвтектической пайке Si-Au
- •2.5.1.4. Новый способ подготовки золотой прокладки к пайке
- •2.5.2. Пайка кристаллов ппи на основания корпусов с образованием эвтектики Sn-Zn
- •Возможные варианты пайки кристаллов на эвтектику Sn-Zn
- •3. Проволочный монтаж в производстве ппи
- •3.1. Способы присоединения проволочных выводов
- •3.1.1. Термокомпрессионная микросварка
- •3.1.2. Сварка давлением с косвенным импульсным нагревом (скин)
- •3.1.3. Ультразвуковая микросварка
- •3.1.4. Односторонняя контактная сварка
- •3.1.5. Пайка электродных выводов
- •Оборудование для присоединения проволочных выводов
- •3.2. Влияние состава алюминиевой металлизации на качество микросварных соединений Al-Al
- •3.2.1. Повышение качества микросоединений, выполненных узс
- •3.2.2. Повышение качества микросоединений, выполненных ткс
- •3.3. Микросварные соединения алюминиевой проволоки с алюминиевым гальваническим покрытием корпусов изделий электронной техники
- •3.3.1. Алюминиевые покрытия, полученные электролитическим методом
- •3.3.2. Влияние свойств покрытия на качество соединений с алюминиевой проволокой при термокомпрессионной сварке
- •3.3.3. Коррозионная стойкость микросоединений Alп-Alг
- •3.4. Исследование микросварных соединений алюминиевой проволоки с золотым гальваническим покрытием корпусов изделий электронной техники
- •3.4.1. Микросварные соединения Al-Au
- •3.4.2. Термоэлектротренировка микросварных контактов Al-Au
- •3.4.3. Повышение коррозионной стойкости микросоединений Al-Au
- •3.5. Микросварные соединения алюминиевой проволоки в корпусах ппи с покрытиями из никеля и его сплавов
- •3.5.1. Микросварные соединения к корпусам с покрытиями Ni и его сплавами
- •3.5.2. Стойкость микросварных соединений Аl-Ni к температурным воздействиям и под токовой нагрузкой
- •3.5.3. Свариваемость алюминиевой проволоки с никель-бор покрытием при термообработке
- •3.6. Оптимизация режима ультразвуковой сварки алюминиевой проволоки с серебряным гальваническим покрытием корпусных деталей спп
- •3.6.1. Серебряное покрытие
- •3.6.2. Подготовка корпусов с серебряным покрытием к сборочным операциям
- •3.6.3. Выбор оптимального режима узс соединения Al-Ag
- •4. Групповой монтаж в технологии производства ппи
- •4.1. Пайка полупроводниковых кристаллов с объемными выводами к основаниям корпусов методом «flip-chip»
- •4.1.1. Изготовление шариков припоя и размещение их на кристалле
- •4.1.2. Изготовление столбиковых припойных выводов
- •4.1.3. Формирование шариковых выводов оплавлением проволоки
- •4.1.4. Пайка кристаллов со столбиковыми выводами на контактные площадки
- •4.2. Сборка ппи с паучковыми выводами
- •Особенности монтажа внутренних выводов бис и сбис
- •5. Контроль качества внутренних соединений ппи
- •5.1. Контроль качества паяных соединений
- •5.2. Особенности оценки прочности соединения кристалла с основанием корпуса
- •5.2.1. Контроль качества соединений кристаллов с основаниями корпусов
- •5.2.2. Оценка прочности соединения кристалла с основанием корпуса
- •1 2 3 4 5 6 7 Площадь кристалла, мм2 9,47
- •5.3. Разработка методики оценки прочности микросоединений в изделиях силовой электроники
- •5.4. Контроль прочности микросоединений бис и сбис
- •Заключение
- •Библиографический список
- •394026 Воронеж, Московский просп., 14
3.1. Способы присоединения проволочных выводов
Наиболее широкое применение при монтаже проволочных выводов в полупроводниковых приборах и ИС нашли следующие методы монтажа: ультразвуковая сварка (УЗС), сварка давлением с косвенным импульсным нагревом (СКИН), ультразвуковая сварка с косвенным импульсным нагревом (УЗСКИН), односторонняя контактная сварка, термокомпрессионная сварка и пайка. Внешний вид микросоединений, выполненных различными методами сварки, представлен на рис. 3.1.
а) б)
в) г)
Рис. 3.1. Внешний вид соединений, выполненных различными методами микросварки: а – ультразвуком; б – термокомпрессией внахлестку; в – термокомпрессией с образованием шарика; г – расщепленным электродом. Увеличение 150× (а) и 350× (б, в, г)
3.1.1. Термокомпрессионная микросварка
Этот метод сварки давлением с подогревом используется для соединения в твердом состоянии металлов с металлами и полупроводниками при относительно невысоких удельных давлениях.
При термокомпрессионной микросварке один из соединяемых материалов (обычно вывод) должен обладать достаточно высокой пластичностью. Металлы при этом способе монтажа нагреваются до температуры начала рекристаллизации (отжига) или несколько выше, но на 20 ºС ниже самой низкой температуры эвтектики системы.
При термокомпрессионной микросварке все материалы можно разделить на три группы:
1. Металлы с хорошей взаимной диффузией в твердом состоянии (Ag-Au, Au-Cu); они образуют ряд твердых растворов и обладают наилучшей свариваемостью.
2. Материалы, образующие между собой низкотемпературные эвтектики (Al-Si, Au-Si); они обладают удовлетворительной свариваемостью.
3. Металлы, взаимная диффузия которых приводит к образованию интерметаллических соединений и эвтектик (Au-Al, Au-Sn); при тщательном соблюдении технологии сборки они обеспечивают необходимое качество соединений.
На эффективность и качество микросварных соединений при термокомпрессионной сварке влияют оксидные пленки, находящиеся на поверхности контактных площадок кристаллов.
Основными режимами термокомпрессии являются:
• усилие сжатия соединяемых элементов;
• температура нагрева соединения;
• длительность выдержки под давлением.
Давление при сварке определяется допустимой деформацией проводника и допустимым механическим воздействием на ППИ (кристалл). Подвод тепла в зону сварки определяется
Подвод тепла в зону сварки определяется конструктивными особенностями прибора, подвергаемого сборке, и может осуществляться общим нагревом прибора, нагревом рабочего инструмента и одновременным нагревом рабочего инструмента и прибора (рис. 6.2). Время сварки (длительность выдержки под давлением) устанавливается зависимости от соединяемых материалов и определяется экспериментальным путем, исходя из получения заданной прочности соединений.
Все разновидности термокомпрессии классифицируют по трем признакам:
• по способу нагрева (рис. 3.2);
• по способу соединения (рис. 3.3, 3.4);
• по типу образующегося соединения, обусловленного формой инструмента (рис. 3.5).
а) б) в)
Рис. 3.2. Разновидности термокомпрессии в зависимости от способа нагрева: а – нагрев только рабочего столика; б – нагрев рабочего инструмента; в – одновременный нагрев рабочего столика и инструмента; 1 – рабочий инструмент (пуансон); 2 – присоединяемый проводник; 3 – подложка или кристалл ППИ; 4 – рабочий столик; 5 – спираль для нагрева
По способу выполнения соединений различают сварку внахлест (рис. 3.3) и встык (рис. 3.4, 3.5). При сварке внахлест проволочный вывод накладывают на металлизированную контактную площадку (при этом ось вывода располагают параллельно плоскости контактной площадки).
Рис. 3.3. Последовательность формирования проволочной перемычки при сварке внахлест
Рис. 3.4. Последовательность формирования проволочной перемычки при первой сварке встык
Рис. 3.5. Второе присоединение при монтаже проволочной перемычки: 1 – капилляр; 2 – проволока; 3 – рабочая поверхность; 4 – внутренняя фаска (dк – диаметр торца капилляра)
При сварке встык конец проволочного вывода (ось вывода перпендикулярна плоскости контактной площадки) предварительно оплавляют, образуя шарик с диаметром, равным удвоенному диаметру привариваемой проволоки. Прочность сварных соединений, выполненных встык, значительно выше прочности соединений внахлестку и равна, при оптимальных параметрах режима процесса сварки, прочности привариваемого проводника. Это объясняется отсутствием концентраторов напряжений и надрывов, вызываемых деформацией присоединяемой проволоки при сварке.
Тип образующегося микросварного соединения зависит от формы инструмента (рис. 3.6). Наиболее высокой прочностью обладают соединения, выполненные по схеме (рис. 3.6, а). Размер торца рабочего инструмента должен быть не менее двух диаметров привариваемой проволоки.
а) б)
Рис. 3.6. Основные виды термокомпрессионых соединений: а – соединение встык (термокомпрессия капилляром с образованием шарика); б – сварка внахлестку инструментом с канавкой на торце
Метод соединения термокомпрессией в настоящее время является наиболее распространенным при монтаже ППИ, полученных методом планарной технологии, и монтаже твердых схем в разнообразных корпусах гибкими проволочными проводниками.