Які особливості процесу збірки?

Що собою представляє приєднання кристала до основи корпусу?

Що таке пайка?

Що таке приплавлення з використанням евтектичних сплавів?

Дайте визначення поняттю приклеювання?

Література:

А.В. Белов Создаем устройства на микроконтроллерах Год: 2007

Гусев В.Г., Гусев Ю.М. Электроника

Лекція №6

Збірка напівпровідникових приладів

І інтегральних мікросхем. Особливості зварювання

План

Різновиди зварювання

Термокомпресійне зварювання

Зварювання електроконтакта

Ультразвукове зварювання

Приєднання виводів

У сучасних напівпровідникових приладах і інтегральних мікросхемах, у яких розмір контактних майданчиків складає декілька десятків мікрометрів, процес приєднання виводів є однією з самих трудомістких технологічних операцій.

Нині для приєднання виводів до контактних майданчиків інтегральних схем використовують три різновиди зварювання: термокомпресійну, електроконтактні і ультразвукові.

Термокомпресійне зварювання дозволяє приєднувати електричні виводи завтовшки декілька десятків мікрометрів для очистки контактів кристалів діаметром не менше 20(50 мкм, причому електричний вивід можна приєднати безпосередньо до поверхні напівпровідника без проміжного металевого покриття таким чином. Тонку золоту або алюмінієвий дріт прикладають до кристала і притискують нагрітим стержнем. Після невеликої витримки дріт виявляється щільно зчепленим з поверхнею кристала. Зчеплення відбувається внаслідок того, що навіть при невеликих питомих лещатах, що діючих на кристал напівпровідника і не викликають його руйнування, локальний тиск в мікровиступах на поверхні може бути дуже великим. Це призводить до пластичної деформації виступів, чому сприяє підігрівання до температури нижче евтектичною для цього металу і напівпровідника, що не викликають яких-небудь змін в структурі кристала. Деформація яка відбувається (затікання) мікровиступів і мікрозападин являє міцну адгезію і надійний контакт, внаслідок вандервальсових сил зчеплення, а з підвищенням температури між матеріалами, що сполучаються, вірогідніший хімічний зв'язок. Термокомпресійне зварювання має наступні переваги:

a) з' єднання деталей відбувається без розплавлення зварюваних матеріалів;

b) питомий тиск, що прикладається до кристала, не призводить до механічних ушкоджень напівпровідникового матеріалу;

c) з' єднання отримують без забруднень, оскільки не використовують припої і флюси.

До недоліків слід віднести малу продуктивність процесу.

Термокомпресійне зварювання можна здійснювати шляхом з’єднання нахлистом і встик. При зварюванні в нахлест електричний дротяний вивід, як відзначалося, накладають на контактний майданчик кристала напівпровідника і притискають до нього спеціальним інструментом до виникнення деформації виводу. Вісь дротяного виводу при зварюванні розташовують паралельно плоскості контактного майданчика. При зварюванні встик дротяний вивід приварюють торцем до контактного майданчика. Вісь дротяного виводу в місці приєднання перпендикулярна площині контактного майданчика.

Зварювання в нахлест забезпечує міцне з'єднання кристала напівпровідника з дротяними виводами із золото, алюмінію, срібла і інших пластичних металів, а зварювання встык (тільки з виводами із золото. Товщина дротяних виводів може складають 15-100 мкм.

Приєднувати виводи можна як до чистих кристалів напівпровідника, так і до контактних майданчиків, покритим кулею напиленого золота або алюмінію. При використанні чистих поверхонь кристала збільшується перехідний опір контакту і погіршуються електричні параметри приладів.

Елементи, що підлягають термокомпресійному зварюванню, проходять певну технологічну обробку. Поверхню кристала напівпровідника, покриту кулею золота або алюмінію, знежирюють.

Золотий дріт відпалюють при 300(600°З протягом 5(20 мін від способу покладу з' єднання деталей. Алюмінієвий дріт протравлюють в насиченому розчині їдкого нат-ра при 80°З протягом 1(2 мін, промивають в дистильованій воді, і сушать.

Основними параметрами режиму термокомпресійного зварювання є питомий тиск, температура нагріву і година зварювання, Питомий тиск вибирають поклад від допустимого напруження стискування кристала напівпровідника і допустимою деформації матеріалу приварюваного виводу. Година зварювання вибирають експериментальним шляхом.

Відносна деформація при термокомпресійному зварюванні

,

де d(діаметр дроту, мкм; b(ширина з' єднання, мкм.

Тиск на інструмент визначають, виходячи з розподілу напруги на стадії завершення деформації:

,

де A(коефіцієнт, що характеризує зміну напруги в процесі деформації дроту; f(приведень коефіцієнт тертя, що характеризує тертя між інструментом, проволкой і підкладкою; (відносна деформація; (межа текучості матеріалу дроту при температурі деформації; d(діаметр дроту; D(діаметр притискного інструменту, рівний зазвичай (2ч3) d.

Ці номограми дають можливість оптимального вибору співвідношення між тиском, температурою і часом.

Термокомпресійне зварювання має досить багато різновидностей, які можна класифікувати за способом нагріву, за способом приєднання, за формою інструменту. За способом нагріву розрізняють термокомпресійне зварювання з роздільним нагрівом голки, кристала або пуансона, а також з одночасним нагрівом двох з цих елементів. а способом приєднання термокомпресійне зварювання може бути встык і в нахлест.

Для здійснення процесу термокомпресійного зварювання використовують різні установки, основними вузлами яких є: робочий столик з нагрівальною колонкою або без неї, механізм створення тиску на приєднуваний вивід, робочий інструмент, механізм подачі і обриву дроту для виводів, механізм подачі кристалів або деталей з приєднаним до них кристалом; механізм поєднання елементів, що сполучаються, оптична система візуального спостереження процесу зварювання, блоки живлення і управління. Усі перераховані вузли можуть мати особисте конструктивне виконання, проте принцип їх прибудую і характер виконуваної роботи однаковий.

Так, робочий столик усіх установок служити для закріплення кристала або корпусу інтегральної схеми в певному положенні. Зазвичай робочий столик термокомпресійних установок є змінним, що дозволяє закріплювати кристали різних розмірів і геометричних форм. Нагрівальна колонка служити для нагріву кристалів або корпусів до необхідної температури і дозволяє регулювати її в межах 50(500°Із з точністю регулювання +5°С. Механізм створення тиску призначений для притискання виводу до контактного майданчика кристала і забезпечує регулювання зусилля від 0,01 до 5 Н з точністю ±5%. Робочий інструмент є одним з основних вузлів термокомпресійної установки. Його виготовляють з твердих сплавів типу ВК-6М, ВК- 15 (для інструментів "Пташиний дзьоб" і "капіляр")

Чи з синтетичного корунду (для "клину" і "голки"). Конструкція механізму подачі і відриву дроту залежить від типу установки і форми робочого інструменту. Найширше поширені два способи відриву; важільний і електромагнітний. Процес відриву дротяного виводу після виготовлення термокомпресійного з'єднання на кристалі інтегральної схеми без порушення його міцності багато в чому залежить від конструктивних особливостей механізму. Механізм подачі кристалів або деталей до місця зварювання є звичайними затисками або складними касетами, змонтованими на робочому столику установки. Найбільша продуктивність досягається при використані касет з металевою стрічкою, на якій корпуси або кристали заздалегідь орієнтуються в заданій площині і в певному положенні. Механізм поєднання зазвичай включає в собі маніпулятори, які дозволяють переміщати кристал до його поєднання з елементами, що сполучаються. Зазвичай використовують маніпулятори двох видів: важільні і пантографні. Оптична система візуального спостереження складається з бінокулярного мікроскопа або збільшувального екрану-проектора. У залежності від розмірів приєднуваних елементів вибирають збільшення оптичної системи від 10 до 100 крат.

Зварювання електроконтакта застосовується для приєднання металевих виводів до контактних майданчиків кристалів напівпровідникових приладів і інтегральних мікросхем. Фізична суть процесу зварювання електроконтакта полягає в нагріві елементів, що сполучаються, в локальних ділянках додатка електродів. Розігрівання локальних областей елементів, що сполучаються, відбувається за рахунок матеріалу, що виникає в місцях контакту, з електродами максимального електричного опору при проходженні через електроди електричного струму. Основними параметрами процесу зварювання електроконтакта є значення зварювального струму, швидкість наростання струму, година дії струму на елементи, що сполучаються, і сила притиснення електродів до з’єднання деталей.

Нині для приєднання виводів до контактних майданчиків кристалів інтегральних схем використовуються два способу зварювання електроконтакта: з одностороннім розташуванням двох електродів і з одностороннім розташуванням одного здвоєний електроду. Другий спосіб відрізняється від першого тим, що робочі електроди виконані у вигляді двох струмопровідних елементів, розділених між собою ізоляційним прокладенням. У момент притиснення такого електроду до дротяного виводу і пропускання через систему електродного струму, що утворилася, відбувається виділення великої кількості теплоти в місці контакту. Зовнішній тиск у поєднанні з розігрівом деталей до температури пластичності або розплавлення призводить до міцного їх з' єднання.

Технологічне устаткування для приєднання виводів методом електроконтактної зварювання включає наступні основні вузли: робочий столик, механізм створення тиску на електрод, механізм подачі і відрізку дроту, робочий інструмент, механізм подачі кристалів або корпусів з кристалами, механізм поєднання елементів, що сполучаються, оптичну систему візуального спостереження процесу зварювання, блоки живлення і управління. Робочий столик служить для розташування на нім кристалів або корпусів з кристалами. Механізм створення тиску на електрод дозволяє докладати зусилля 0,1(0,5 Н. Принцип дії механізму подачі і відрізку дроту заснований на русі дроту через капілярний отвір і відрізанні її важільним ножем. Форма і матеріал робочого інструменту чинять великий вплив на якість і продуктивність процесу електроконтактного зварювання. Зазвичай робоча частина наконечників електродів має форму усіченої піраміди і виготовляється з високоміцного матеріалу на основі карбіду вольфраму марки ВК- 8. Механізм подачі кристалів включає набір касет, а механізм поєднання(систему маніпуляторів, які дозволяють розташовувати кристал в потрібному положенні. Оптична візуальна система спостереження складається з мікроскопа або проектора. Блок живлення і управління дозволяє задавати робочий режим зварювання і виробляти його перебудову і регулювання при зміні типу кристала і матеріалу виводу.

Ультразвукове зварювання, вживане для приєднання виводів до контактних майданчиків напівпровідникових приладів і інтегральних схем, має наступні переваги: відсутність нагріву елементів, що сполучаються, малий година зварювання, можливість зварювання різнорідних і важко зварювальних матеріалів. Відсутність нагріву дозволяє отримувати з' єднання без плавлення зварювальних деталей. Мала година зварювання дає можливість підвищити виробність процесу зборки.

Механізм утворення з' єднання між виводом і контактним майданчиком при ультразвуковому зварюванні визначається пластичною деформацією, видаленням забруднення, самодифузією і сила - мі поверхневого натягнення. Процес ультразвукового зварювання характеризується трьома основними параметрами: амплітудою і частотою ультразвукових коливань, значенням прикладеного тиску і часом проведення процесу зварювання. Установки для ультразвукового зварювання складаються з наступних основних вузлів: робочого столика, механізму створення тиску, механізму подачі Н відрізку дроту, ультразвукового зварювального прибудую і оптичної системи.

Питання:

1. Назвіть які є види зварювання?

2. Опишіть кожен вид?

Література:

1. Закалик Л.У., Ткачук Р.А. Основи

мікроелектроніки.- Тернопіль, 1998. - 386 с.

2. Прищепа М.М.. Погребняк В.П. Мікроелектроніка. -

Частина 1. Елементи мікроелектроніки - Київ: Вища школа,

2004. - 432 с.

Лекція №7