Материал: Сварка и свариваемые материалы. Технология и оборудование

Внимание! Если размещение файла нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам

 

 

 

 

 

 

 

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].

Источник: https://studfile.net/preview/19992768/