Разработка методики исследований.

Содержание

1.  Анализ задания на дипломное проектирования…..………………………3   2.  План-проект на дипломное проектирования..…………………………….6   3. Научно-техническая литература по теме дипломного проекта…………..7   4. Патентный поиск по теме диплома…………………………………………8   5. Способы монтажа кристаллов в корпус …………………………………..12     6. Физико-механические свойства припоев для монтажа кристаллов …..…18   7. Нормативно-технические документы (ГОСТ, ОСТ, СТБ, ТУ),   необходимые для выполнения дипломного проекта...……… …………...21   Заключение…………………………………………………………………......22

 

 

1 Анализ задания на дипломное проектирование

 

Конструктивно-технологическое исполнение мощного транзистора в пластмассовом корпусе характеризуется применением различных материалов, отмечающихся по физико-механическим свойствам. Стремление достигнуть заданный уровень тепловых и электрических параметров мощного транзистора приводит к необходимости использования материалов с высокой теплопроводностью, которые в тоже время обладают высоким коэффициентом термического линейного расширения (КТЛР). Использование несоместимых материалов по КТЛР в конструкции мощного транзистора способствует росту термических напряжений и снижению эксплуатационной надежности из-за образования микротрещин. Эффективным средством достижения требуемого уровня рассеваемой мощности транзистором является применение медного основания корпуса. В этом случае из-за различия КТЛР кремниевого кристалла (3×10^-6 °С^-1) и медного теплоотвода (18×10^-6 °С^-1), термические напряжения, возникающие в процессе выполнения высокотемпературного процесса присоединения кристаллов, приводят к возникновению микротрещин в активной структуре прибора. В условиях серийного производства, в отдельных случаях, отмечается невозможность получения требуемого уровня тепловых параметров –теплового сопротивления R_ТПК и температуры перегрева кристалла DТ_j. Это приводит к росту трудозатрат на единицу продукции и повышению себестоимости приборов. Поэтому целью данного исследования является исследование различных способов монтажа кристаллов, а также выявление конструктивных и технологических факторов, существенно влияющих на тепловые и электрические параметры, для последующей оптимизации конструкции и технологии производства и повышения воспроизводимости качества сборки мощных транзисторов.

Из анализа исходных данных по конструкции и технологии сборки выбираю значимые конструктивные и технологические факторы для проведения исследований:

а) конструктивные факторы:

размеры транзисторной структуры– 5.0х5.0х0.4 мм;

материал рамки выводной – Cu, К-65 (CuFe2P), К-81 (CuSn);

материал припоя –ПОС-10, ПСрОСу-8;

размер припойных прокладок –4,5*4,5*h где h=30…100 мкм;

проволочный припой диаметром 1мм;

б) технологические факторы:

способ монтажа кристаллов на припой:

пассивный – напайка кристаллов в конвейерной водородной печи ЖК-4007 с использованием кассетной технологии сборки; этот процесс является пассивным, т.к. в процессе пайки на кристалл действуют только силы смачивания. Кристалл находится в состоянии пассивного равновесия действия сил поверхностного натяжения расплава припоя;

Технологические режимы:

Vк = (7…8) см/мин;

Тп = (360…450) °С;

Активный процесс – напайка кристаллов на автоматизированном оборудовании, базовая модель типа ЭМ-4085. Активация процесса достигается заданием специальной траектории движения кристалла при определенных значениях амплитуды колебаний и количества периодов колебаний по осям ОХ и ОУ, а также использованием защитно-восстановительной атмосферы.

Технологические режимы:

Та = (350…420) °С,

Аx,y = (100…1000) мкм;

Nx,y = 1…10.

В процессе исследования определяю влияние каждого из этих факторов на тепловые параметры мощного транзистора.

Для изготовления рамки выводной выбираю следующий материал:

   К-65 (CuFe2P) -теплопроводность 280 Вт/м×К;

   Cu - теплопроводность 390 Вт/м×К;

К-81 (CuSn0.15)- теплопроводность 360 Вт/м×К.

Для изготовления мощного транзистора целесообразно выбирать медь в качестве материала рамки выводной, так как она обладает максимальная теплопроводностью из рассмотренных материалов. Однако чистая медь может оказаться технологически не устойчивой к технологическому процессу из-за ее размягчения в результате рекристаллизационного отжига в процессе напайки при температурах более 250°С. Поэтому с этой точки зрения медный сплав более предпочтителен, так как он не меняет свои механические свойства при воздействии температуры 450 °С в течение 15 минут. В процессе исследования будет осуществлён выбор оптимального материала.

Для подтверждения устойчивости конструкции к термоциклическим воздействиям проводим серию испытаний с последующим контролем уровня электрических и тепловых параметров в соответствии с требованиями ТУ.

 

 

План-проект на дипломное проектирования

 

1.     Анализ технологических процессов сборки и их влияние на тепловые свойства мощных полупроводниковых приборов

1.1  Способы монтажа кристаллов в корпус.

1.2  Физико-механические свойства припоев для монтажа кристаллов.

1.3  Теплофизическая модель транзистора и температурная зависимость теплового сопротивления.

1.4  Разрушающие и неразрушающие методы контроля качества монтажа кристаллов.

2.  Анализ технического задания, выбор и обоснование процесса сборки.

Заключение.

Список литературы.

Приложения.

 

 

3 Научно-техническая литература по теме дипломного проекта

1. Онегин Е.Е., Зенькович В.А., Битно А.Г.. Автоматизированная сборка ИС. Минск."Вышэйшая школа".1990г. – 383 с.

2. Обзоры по электронной технике: Метод жидких кристаллов в контроле интегральных схем. Рубцов А.Е., Невская Г.Е. Серия Управление качеством, стандартизация, метрология, испытания. М., 1986. вып.1 (1160). – 48с.

3. Авербах В.И., Волкенштейн С.С., Школык С.Б. Метод лазерной фотоакустической диагностики качества монтажа кристаллов, сварных и паяных микросоединений в изделиях микроэлектроники и электронной техники. J. China Integrated Circuit. V. 64. 2004.

4. Сергеев В А Контроль качества мощных транзисторов по теплофизическим параметрам. – Ульяновск, УлГТУ, 2000. – 256 с.

5. Конструкции корпусов и тепловые свойства полупроводниковых Приборов / Под общ. Ред. Н. Н. Горюнова - М Энергия, 1972 - 120 с.

6. Обеспечение тепловых режимов изделий электронной техники / А. А. Чернышев, В. И. Иванов, А. И. Аксенов. Д. Н. Глушкова - М Энергия, 1980-216 с.

7. Сергеев В. А., Горюнов Н. Н., Широков А. А. Измерение параметров теплоэлектрической модели мощных полупроводниковых приборов -Электронная техника Сер Управление качеством, стандартизация, метрология, испытания 1982,вып6,с 40-41.

Заключение

В ходе преддипломной практике были изучены основные пункты дипломного проекта. Был сделан литературный обзор по теме диплома, произведен патентный поиск. Изучена также экспериментальная часть проекта,построены графики и диаграммы, исследованы способы монтажа кристаллов.

 

Содержание

1.  Анализ задания на дипломное проектирования…..………………………3   2.  План-проект на дипломное проектирования..…………………………….6   3. Научно-техническая литература по теме дипломного проекта…………..7   4. Патентный поиск по теме диплома…………………………………………8   5. Способы монтажа кристаллов в корпус …………………………………..12     6. Физико-механические свойства припоев для монтажа кристаллов …..…18   7. Нормативно-технические документы (ГОСТ, ОСТ, СТБ, ТУ),   необходимые для выполнения дипломного проекта...……… …………...21   Заключение…………………………………………………………………......22

 

 

1 Анализ задания на дипломное проектирование

 

Конструктивно-технологическое исполнение мощного транзистора в пластмассовом корпусе характеризуется применением различных материалов, отмечающихся по физико-механическим свойствам. Стремление достигнуть заданный уровень тепловых и электрических параметров мощного транзистора приводит к необходимости использования материалов с высокой теплопроводностью, которые в тоже время обладают высоким коэффициентом термического линейного расширения (КТЛР). Использование несоместимых материалов по КТЛР в конструкции мощного транзистора способствует росту термических напряжений и снижению эксплуатационной надежности из-за образования микротрещин. Эффективным средством достижения требуемого уровня рассеваемой мощности транзистором является применение медного основания корпуса. В этом случае из-за различия КТЛР кремниевого кристалла (3×10^-6 °С^-1) и медного теплоотвода (18×10^-6 °С^-1), термические напряжения, возникающие в процессе выполнения высокотемпературного процесса присоединения кристаллов, приводят к возникновению микротрещин в активной структуре прибора. В условиях серийного производства, в отдельных случаях, отмечается невозможность получения требуемого уровня тепловых параметров –теплового сопротивления R_ТПК и температуры перегрева кристалла DТ_j. Это приводит к росту трудозатрат на единицу продукции и повышению себестоимости приборов. Поэтому целью данного исследования является исследование различных способов монтажа кристаллов, а также выявление конструктивных и технологических факторов, существенно влияющих на тепловые и электрические параметры, для последующей оптимизации конструкции и технологии производства и повышения воспроизводимости качества сборки мощных транзисторов.

Из анализа исходных данных по конструкции и технологии сборки выбираю значимые конструктивные и технологические факторы для проведения исследований:

а) конструктивные факторы:

размеры транзисторной структуры– 5.0х5.0х0.4 мм;

материал рамки выводной – Cu, К-65 (CuFe2P), К-81 (CuSn);

материал припоя –ПОС-10, ПСрОСу-8;

размер припойных прокладок –4,5*4,5*h где h=30…100 мкм;

проволочный припой диаметром 1мм;

б) технологические факторы:

способ монтажа кристаллов на припой:

пассивный – напайка кристаллов в конвейерной водородной печи ЖК-4007 с использованием кассетной технологии сборки; этот процесс является пассивным, т.к. в процессе пайки на кристалл действуют только силы смачивания. Кристалл находится в состоянии пассивного равновесия действия сил поверхностного натяжения расплава припоя;

Технологические режимы:

Vк = (7…8) см/мин;

Тп = (360…450) °С;

Активный процесс – напайка кристаллов на автоматизированном оборудовании, базовая модель типа ЭМ-4085. Активация процесса достигается заданием специальной траектории движения кристалла при определенных значениях амплитуды колебаний и количества периодов колебаний по осям ОХ и ОУ, а также использованием защитно-восстановительной атмосферы.

Технологические режимы:

Та = (350…420) °С,

Аx,y = (100…1000) мкм;

Nx,y = 1…10.

В процессе исследования определяю влияние каждого из этих факторов на тепловые параметры мощного транзистора.

Для изготовления рамки выводной выбираю следующий материал:

   К-65 (CuFe2P) -теплопроводность 280 Вт/м×К;

   Cu - теплопроводность 390 Вт/м×К;

К-81 (CuSn0.15)- теплопроводность 360 Вт/м×К.

Для изготовления мощного транзистора целесообразно выбирать медь в качестве материала рамки выводной, так как она обладает максимальная теплопроводностью из рассмотренных материалов. Однако чистая медь может оказаться технологически не устойчивой к технологическому процессу из-за ее размягчения в результате рекристаллизационного отжига в процессе напайки при температурах более 250°С. Поэтому с этой точки зрения медный сплав более предпочтителен, так как он не меняет свои механические свойства при воздействии температуры 450 °С в течение 15 минут. В процессе исследования будет осуществлён выбор оптимального материала.

Для подтверждения устойчивости конструкции к термоциклическим воздействиям проводим серию испытаний с последующим контролем уровня электрических и тепловых параметров в соответствии с требованиями ТУ.

 

 

План-проект на дипломное проектирования

 

1.     Анализ технологических процессов сборки и их влияние на тепловые свойства мощных полупроводниковых приборов

1.1  Способы монтажа кристаллов в корпус.

1.2  Физико-механические свойства припоев для монтажа кристаллов.

1.3  Теплофизическая модель транзистора и температурная зависимость теплового сопротивления.

1.4  Разрушающие и неразрушающие методы контроля качества монтажа кристаллов.

2.  Анализ технического задания, выбор и обоснование процесса сборки.

Разработка методики исследований.