|
|
|
|
|
|
|
Т А Б Л И Ц А ll.S |
|
|
|
РЕКОМЕНДУЕМЫЕ |
РЕЖИМЫ ТЕРМОКОМПРЕССИИ |
|
||||
|
|
ДЛЯ |
РАЗНЫХ |
СОЕДИНЕНИЙ |
[1. 3. 7] |
|
||
Материал полупроводника |
Температура |
Удельное |
Деформация |
Время, е |
||||
или покрытия |
|
нагрева °С |
давление, |
вывода, х |
||||
|
|
|
|
|
|
ХНР Н/м» |
|
|
|
|
|
|
Вывод — золото |
|
|
||
Кремний |
|
|
|
350 |
14—15 |
60 |
5 -1 0 |
|
Германий |
|
напыленный |
350 |
14—15 |
60 |
3 - 5 |
||
Алюминий, |
350 |
10—11 |
50 |
0 ,5 -3 |
||||
на Si02 |
напыленное |
на |
250 |
14-15 |
60 |
1 -5 |
||
Золото, |
300 |
10—11 |
50 |
0,5 -3 |
||||
SiO, |
|
|
|
|
|
|
|
|
Золото гальваническое |
|
320—340 |
7—10 |
50 |
1—5 |
|||
Серебро вожженное |
|
350 |
10-11 |
50 |
1—5 |
|||
|
17-18 |
60 |
7 |
|||||
|
|
|
|
400 |
13—14 |
60 |
5 |
|
|
|
|
|
Вывод — алюминий |
|
|
||
Кремний |
|
|
|
450 |
7 |
60 |
10 |
|
Германий |
напыленный |
400 |
— |
60 |
10 |
|||
Алюминий, |
400 |
(ь-7 |
60 |
1—3 |
||||
яа SiOt |
напыленное |
на |
350 |
6—7 |
60 |
3—7 |
||
Золото, |
320 |
6—7 |
60 |
1—3 |
||||
SiO, |
|
|
|
320 |
6 - 7 |
60 |
1 -3 |
|
Золото гальваническое |
|
|||||||
Серебро вожженное |
|
400 |
6 - 7 |
60 |
7—10 |
|||
|
|
|
|
Вывод —■серебро |
|
|
||
Алюминий, |
напыленный |
400 |
18-19 |
___ |
5 - 7 |
|||
на Si02 |
напыленное |
на |
350 |
14 |
|
5 - 7 |
||
Золото, |
— |
|||||||
5Ю2 |
гальваническое |
400 |
18-19 |
|
3—7 |
|||
Золото |
— |
|||||||
|
|
|
|
350 |
18—19 |
— |
5—7 |
|
пластичности проводника, сочетания свариваемых материалов, диаметра привариваемого Вывода и вида торца инструмента.
При сварке |
алюминиевых |
проводников |
используют давления |
(4—-8) • 107 |
Н/м2, а при сварке золотых |
проводников— (10— |
|
14) • 107 Н/м2. Температура |
нагрева свариваемых материалов |
||
в контакте не должна превышать температуры образования эв тектики соединяемых материалов (1—3, 5—9]. Длительность выдержки при условии постоянства температуры и давления выбирается в зависимости от сочетания свариваемых материа лов, состояния их предварительной очистки и от окружающей среды. Обычно определяется экспериментально путем оценки прочности соединений и составляет от 0,1 с до нескольких
десятков секунд. Области оптимальных рекомендуемых режимов СКИН приведены в табл. 11.2. Режимы термокомпрессии раз ных сочетаний материалов представлены в табл. 11.3.
11.3.О борудование
11.3.1.Конструктивные особенности установок
Установки для термокомпрессии и СКИН содержат следующие основные узлы и элементы [1—3, 5—8]: рабочий столик с нагревательной колонкой или без нее, механизм сжатия, рабочий инструмент, механизм подачи и обрезки про волоки, механизм подачи корпусов, манипуляторы для совмещения соединяе мых элементов, систему наблюдения, блоки питания и управления рабочими механизмами.
Рабочий столик предназначен для крепления кристалла или корпуса при бора. Рабочий столик делается сменным с целью возможности присоединения выводов к приборам разной конструкции.
. Нагревательная колонка служит для нагрева прибора до температуры термокомпрессии. Иногда для защиты прибора от окисления в колонку по дается защитный газ (осушенный азот, смесь азота с 6—8 % водорода или аргон).
Механизм сжатия обеспечивает регулирование усилия прижатия рабочего инструмента к свариваемым элементам. Для термокомпрессии более широко используются грузовые механизмы сжатия. Управление ими может осуществ ляться вручную, от ножной педали или от электродвигателя. При полуавто матическом цикле длительность прижатия устанавливается предварительно и выдерживается автоматически.
Рабочий инструмент является важнейшим элементом установок для тер мокомпрессии и СКИН. Его конструкция должна обеспечить сварное соеди нение требуемой формы и размеров, наибольшую эффективность подвода тепла в зону сварки, удобный подход к свариваемым деталям, простую и удобную подачу привариваемой проволоки под рабочий торец инструмента. Материал рабочего инструмента должен обладать высокой износостойкостью, малой способностью к схватыванию со свариваемыми деталями, теплостой костью и иметь низкую теплопроводность. В качестве материала рабочего ин струмента при термокомпрессии применяют стекло «Пирекс», рубин, сапфир, твердые сплавы ВК-2, ВК-6, ВК-6М, ВК-8, ВК-12, ВК-15, моно- и поликристаллический молибден, оксиды бериллия, бариевый слюдоситалл, корунд, и моноалюминат кальция. При СКИН для рабочего инструмента используют вольфрам, молибден, ниобий и ниобиевые сплавы.
Механизм подачи и обрезки проволоки используется в зависимости от назначения установки. При сварке иглой и монтаже внахлестку используется роликовый механизм подачи, при котором ролики вращаются от мотора. При сварке капиллярным инструментом с образованием шарика или инструментом типа «птичий клюв» применяют катушку со свободным сматыванием про волоки. При подаче проволоки через боковое отверстие в инструменте меха низм подачи и обрыва проволоки выполняют в виде электромагнита и рычаж ной системы. Иногда для подачи проволоки используют также пинцет.
Механизм подачи корпусов изготавливается в виде простых зажимов для крепления каждого корпуса или кристалла или в виде кассет с ленГой, в ко торой корпуса (кристаллы) предварительно ориентируются.
Манипуляторы предназначены для точного совмещения соединяемых эле ментов и рабочего инструмента. Используют манипуляторы двух видов: ры чажные и пантографные.
Система наблюдения состоит из бинокулярного микроскопа с увеличением от 8 до 80 раз. В отечественных установках используется микроскоп МБС-2.
233
|
|
ТИПЫ И ТЕХНИЧЕСКИЕ |
ХАРАКТЕРИСТИКИ ОТЕЧЕСТВЕННЫХ УСТАНОВОК |
|
|
|
|||||||||
|
|
|
ДЛЯ ТЕРМО КОМПРЕССИОННОЙ СВАРКИ [1 -3 , 5— 8] |
|
|
|
|
|
|||||||
Характеристика |
|
|
|
|
Тип установки |
|
|
|
|
|
|
||||
контакт 1А |
контакт 2А |
ЭМ-422 |
ЭМ-439 |
ЭМ-439А |
ЭМ-446 |
МС-41ПЗ-3 |
ЭМ-410 |
||||||||
|
|
|
|||||||||||||
Производительность, |
число |
|
|
2500 |
3200 |
800 |
|
800 |
1000 |
2000 |
|||||
соединений/ч |
|
|
120 |
180 |
|
|
|||||||||
Диаметр вывода, мкм |
10—100 |
40— 80 |
25—60 |
25-50 |
25-60 |
25—60 |
20-50 |
20 |
|||||||
Температура нагрева, °С |
20—450 |
100—500 |
100—400 |
250—400 |
250—400 |
250—400 |
100—450 |
250—450 |
|||||||
Усилие сжатия, |
Н |
|
0,2—1,5 |
0,5-1,5 |
0,1—1 |
0,15—1 |
0,15—1 |
0,1—1 |
0,2—1,5 |
0,4—2,5 |
|||||
Время сварки, |
с |
|
1-10 |
1—6 |
0 ,5 -5 |
0,4—3,6 |
0,4—3,6 |
0,4—3,6 |
0,4—3,6 |
0,04—3,96 |
|||||
Способ соединения |
|
|
Внахлестку |
Встык шариком и внахлестку |
Внахлестку |
Встык |
|||||||||
Инструмент |
|
|
Клин |
«Птичий |
Капил |
Капилляры с центральным |
Капилляр |
шариком |
|||||||
|
|
Капилляр |
|||||||||||||
|
|
|
|
клюв» |
ляр с бо |
и боковым отверстием |
с боковым |
с централь |
|||||||
|
|
|
|
|
|
ковым |
|
|
|
|
отверстием |
ным отвер |
|||
|
|
|
|
|
|
отвер |
|
|
|
|
|
|
стием |
||
|
|
|
|
|
|
стием |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Т А Б Л И Ц А |
11.5 |
|||
ТИПЫ И ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ОТЕЧЕСТВЕННЫХ |
УСТАНОВОК |
ДЛЯ |
СКИН |
[1 -3 , 5 - 8 ] |
|
||||||||||
Характеристика |
|
|
|
с к и н |
|
|
| |
СКИН с ультразвуком |
|||||||
СКИН-1 |
| |
Контакт-ЗА |
ЭМ-308 |
ЭМ-429 |
|
|
ЭМ-431 |
|
МС-64П2-1 |
||||||
|
|
|
|
1 |
|
||||||||||
Производительность, |
число |
соедине- |
250 |
|
120 |
1000 |
1200 |
|
800 |
|
800 |
|
|||
ний/ч |
|
|
|
|
|
|
|
кри |
|||||||
Диаметр вывода, мкм |
|
|
30—100 |
|
20—100 |
20—100 |
20—100 |
Размер кри |
Размер |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
сталла |
|
сталла |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0,7X0,7; |
|
0,7X0,7; |
|||
Температура нагрева, °С |
300—1000 |
300—1000 |
300—800 |
300—800 |
1,8Х 1,8 мм |
|
1,8Х 1,8 мм |
||||||||
200—500 |
|
200—500 |
|||||||||||||
Усилие сжатия, |
Н |
|
0,3—0,5 |
|
0,3—1,5 |
0,3—1,5 |
0,3—1,5 |
|
1—10 |
|
1—10 |
||||
Время сварки, с |
|
0,05—3 |
|
0,04—3,96 |
0,05—1 |
0,05—1 |
|
0,3—10 |
|
0,3—10 |
|||||
В настоящее время разработаны специальные проекторы для совмещения
места соединения подложки илн корпуса' с проволокой.
Блоки питания и управления осуществляют управление и контроль ра боты всех узлов установки..
11.3.2.Типы и основные технические характеристики установок
Втабл. 11.4 приведены основные технические характеристики
отечественных установок для термокомпрессии, а в табл.
11.5— для сварки СКИН.
11.4.Промышленное применение
Вполупроводниковом производстве термокомпрессионная сварка применяется для присоединения гибких проволочных проводников из золота, алюминия и меди к тонкопленочным контактным площадкам, к металлизированной поверхности по лупроводниковых кристаллов и выводам корпусов [6].
Наиболее успешно сварку СКИН применяют для присоеди нения золотой и алюминиевой проволок к траверсам корпусов транзисторов и к корпусам гибридных микросхем, изготовлен ных из ковара, никеля, ситалла с покрытием из золота [7]. Наи более широко распространенной схемой монтажа является со единение контактных площадок полупроводникового прибора, полученного по планарной технологии, с внешними выводами
корпуса с помощью гибких проволочных • выводов [1, 12]. При этом один конец круглого проводника из золота или алюминия 0 (10—300) мкм должен быть приварен к тонкой металличе ской пленке тоже из алюминия или золота, напыленной на окисленный кремний, а другой — к золоченому или алюмини рованному ковару или к золоченой толстой пленке на керами ческом основании корпуса. Иногда, когда полупроводниковые приборы выполняются без металлизации (например, мощные транзисторы), гибкие проводники присоединяют непосредст венно к поверхности кремния [1, 12]. При сборке кремниевых бескорпусных диодов используют плоские медные золоченые выводы, которые присоединяют непосредственно к полупровод никовому кристаллу [1]. При производстве гибридных инте гральных схем (ГИС) присоединение гибких проводников также осуществляется к металлическим пленкам разной тол щины, напыленным или выращенным гальванически на Диэлек трических подложках.
11.5. Контроль качества
Методы контроля качества сварных соединений, полученных термокомпрессией и СКИН, можно разделить на два слеДУ10щих основных вида: разрушающие и неразрушающие [1—3,
5—В]. К р а з р у ш а ю щ и м м е т о д а м контроля относятся: механические испытания соединений; микроскопические иссле дования на шлифах с применением обычных металлографиче ских или электронных микроскопов; химический анализ (обыч
ный или с помощью |
электронного |
микрозонда) [1—3, |
5—8]. |
К н е р а з р у ш а ю щ и м |
м е т о д а м |
контроля относятся: |
визу |
альный осмотр соединений и готовых приборов; оценка каче ства соединений с помощью щупов; измерение электрических характеристик готовых приборов [1—3, 5—8].
Из разрушающих методов большей частью применяют ме ханические испытания сварных соединений и металлографиче ский анализ [1—3, 5—8, 13], которые являются наиболее эф фективными при отработке технологических режимов сварки и их контроля в процессе производства. Прочность определяют на срез или отрыв под углом 30, 45, 90 или 180° относительно поверхности подложки. Методом металлографического анализа определяют структуру сварного соединения и выявляют внут ренние дефекты [1, 3, 5, 8],
С помощью металлографического анализа выявляют такие дефекты, как: плохое сцепление металлической пленки с кри сталлом полупроводника или контактной площадкой микро схемы; выплавление металла в объем полупроводника, полу чившееся из-за высокой температуры процесса сварки; микротрещины в кристалле полупроводника; наличие интерме таллических соединений.
В качестве неразрушающих методов контроля применяют следующие: визуальный осмотр сварных соединений, испыта ние на центрифуге, обдув соединений струей сжатого воздуха, оценка прочности сварных соединений с помощью тарирован ных щупов, контроль электрического сопротивления в кон такте, а также технологические испытания (климатические, ме ханические и электрические) готовых приборов [2, 5—7, 13, 14].
Визуальный осмотр сварных соединений является наиболее распространенным методом контроля. Визуальным осмотром под микроскопом оценивают внешний вид сварного соединения по сравнению с эталонным (на соответствие требованиям чер тежа). Центрифугированию подвергают 100 % готовых изде лийСлабые сварные соединения обнаруживают методом об дува воздушной струей, с помощью тарированных щупов и пробников, а также испытаниями готовых приборов на вибра цию и удар (3, 5]. Получившиеся в процессе присоединения вы водов дефекты в структуре полупроводника могут быть также выявлены по электрическим характеристикам прибора [6, 8]. Для приближенной оценки качества сварного соединения без его разрушения в условиях отработанного технологического процесса исПользуют осадку металлического вывода [1, 2, 8, 15].