Для поліпшення змочування з'єднувальних матеріалів припоєм використовуються флюси на основі каніфолі марок ФКСп, ФПЕт, ФКТС і на основі хлористого цинку ФХЦ. Але флюси дуже забруднюють поверхню мікросхеми або залишаються в невеликих кількостях всередині корпусу після його герметизації. Тому флюси застосовують в рідкісних випадках, а спаювання, як правило, проводять у відновлюваному (водень, формідгаз) чи інертному (аргон, криптон, гелій) середовищі.

Мікроспаювання мікросхем використовується для приєднання відводів до контактних площинок, а також герметизації кришки до основи корпусу. Найчастіше спаювання застосовують для монтажу елементів на плати і дуже рідко при складанні гібридних інтегрованих та напівпровідникових мікросхем. Виникає питання, що ж обмежує застосування паяння при складанні напівпровідникових мікросхем? Це, по-перше, велика тривалість процесу, яка викликає додатковий вплив температури на параметри елементів ІМС. По-друге, вибраний припой не повинен помітно розчиняти матеріал плівкового контакту і утворювати крихкі інтерметалічні сполуки [3]. При складанні ГІМС для підвищення міцності з'єднання збільшують площу паяного контакту, іноді дротики закріплюють спеціальними затискачами чи пропускають дротяні з'єднання через наскрізні отвори у підкладці.

При під'єднанні схеми до контактних площадок важливими
є форма інструменту та вибраний метод нагріву припою.
Найчастіше інструментом є, так званий, "розщеплений електрод",
а нагрівання здійснюється з допомогою струменя гарячого
інертного газу або сфокусованого інфрачервоного випромінювання [3]. Останній метод є безконтактним і забезпечує високу продуктивність спаювання. Таким методом забезпечують складання гібридних тонкоплівкових мікросхем.

Для спаювання відводів до товстоплівкових контактних площинок з провідникових паст проводять попереднє їх лудження методом хвилі припою або трафаретного друку. При лудженні хвилею розплавленого припою, яка створюється з допомогою насоса і сопла, встановленого під кутом до напрямку руху, де проходять товстоплівкові контактні площадки мікросхеми. При такому методі виключається забруднення елементів мікросхеми різними шлаками і залишками флюсів. Застосування додаткового лудження контактних площинок відводів забезпечує підвищену міцність контактів.

Процес спаювання також використовують при герметизації мікросхем в корпусі, коли конструкція і матеріал дозволяють застосовування зварювання. Герметизацію керамічних корпусів здійснюють спаюванням із застосуванням припою, припайних прокладок чи скляної фрити, нанесених на місця з'єднання деталей. У цьому випадку процес проводиться у спеціальних касетах в атмосфері гелію чи водню.

При спаюванні безприпойних прокладок матеріал припою наносять на кришку корпусу. Місця корпусу, де планується з'єднання з кришкою, покривають золотом, щоб розплавлений припой добре змочував місце контакту з основою. Розплав припою забезпечують струменем гарячого інертного газу. Основна складність цього процесу полягає в необхідності локального нанесення золота, срібла чи паладію.

При застосуванні припойних прокладок, які переважно виготовляються з низькотемпературного припою ПОС-61, їх поміщають між кришкою і основою в місці з'єднання. Зібрані корпуси вкладають в спеціальні касети, в яких передбачений пружинний притиск кришки до основи. Після цього зібрану касету з мікросхемами з шлюзом передають в конвеєрну піч, де вона нагрівається до температури плавлення припою. При використанні припою ПОС-61 і флюсів вносяться забруднення в зону спаювання. Це є основним недоліком застосування таких припойних прокладок.

Герметизація скляною фритою проводиться без припойних прокладок. Скляна фрита складається з порошку легкоплавкого скла, старанно перемішаного з розчинником та зв'язуючим додатком. Потім її наносять на з'єднувальні ділянки, підсушують, проводять складання у спеціальних касетах і нагрівають у печі до розплавлення фрити. При затвердженні створюється надійне герметичне з'єднання кришки з корпусом.

Кріплення дискретних безкорпусних елементів здійснюють з допомогою клеїв, спаювання чи зварювання. Основа з активними елементами та гнучкими відводами з допомогою епоксидних смол приклеюється до підкладки, а відводи під'єднуються до відповідних площинок. Епоксидні смоли мають мале осідання при затвердженні і добру адгезію з різними матеріалами, не виділяють шкідливих продуктів, хімічно стабільні і добре поєднуються з різними добавками, які надають смолі необхідну еластичність і теплопровідність, а також корегуючий температурний коефіцієнт лінійного розширення [3].

3.2 Мікроконтактування

Це процес створення нерознімних електричних з’єднань контактних площинок кристала ІМС і компонентів з провідниками; з’єднання провідників з виводами корпусу, внутрішніми та зовнішніми контактними площинками на платі ГІС і МЗб.

Виконання з’єднань має деякі специфічні особливості: велику різницю в товщині з’єднуваних площинок (металеві провідники діаметром 200 мкм потрібно приєднувати до плівок завтовшки 0,5-20 мкм), малі розміри контактних площинок (1-10 мкм), обмежені механічні та термічні впливи, металургійну сумісність з’єднуваних матеріалів [2].

Для виконання з’єднань застосовують різні методи мікроконтактування: паяння, термокомпресійне або ультразвукове мікрозварювання, лазерним променем, зварювання непрямим імпульсним нагріванням та ін [2, 3]. Для виводів використовують мікродріт, виготовлений з алюмінію, золота, срібла, міді. Такі виводи пластичні, добре проводять тепло та електричний струм, мають низький опір у контакті з плівками Au, Al, Ni [2].

Дротяний відвід до контактної площинки під'єднується відомими методами термокомпресії, зварюванням, чи мікроприпаюванням.

Для герметизації корпусів застосовують також різні способи зварювання: роликове, конденсаторне, електронно-променеве, лазерне, ультразвуком, здвоєним електродом, непрямим імпульсним нагріванням, холодне, електроконтактне, аргонно-дугове [2, 3].

Герметизацію інтегральних мікросхем у корпусах (з’єднання кришки і корпусу) залежно від конструкції та матеріалів виконують: для металоскляних корпусів - зварюванням; для металополімерних - заливанням епоксидними компаундами; для металокерамічних - паянням; для пластмасових - ливарним пресуванням [2].

Зварюванням називають технологічний процес утворення нерознімного з’єднання двох матеріалів під дією тепла чи тиску або при їх спільному впливові, з використанням присадних компонентів або без них.

У процесі зварювання елементарні частинки матеріалів зближуються на віддаль, коли між ними починають діяти міжатомні зв’язки, які забезпечують міцність з’єднання. Для отримання надійних з’єднань дротиків, павучкових та балочних відводів з контактними площадками використовуються такі способи зварювання: термокомпресійне, непряме імпульсне нагрівання, ультразвукове, з використанням подвійного електроду, точкове, лазерне, електронно-променеве[3].

3.3 Термокомпресійне мікрозварювання (ТМ)

Це технологічна операція з’єднання у твердій фазі металів або металу і напівпровідника під дією тиску та температури [2]. З’єднування виконується під дією пластичної деформації одного або обох матеріалів і температури, які створюють умови для взаємної дифузії між з’єднуваними елементами та створення міцного зєднання. У результаті з'єднання утворюється евтектичний сплав [3]. З допомогою термокомпресії можна з'єднувати матеріали, які утворюють евтектичні сплави і піддаються пластичній деформації.

Для отримання якісного з'єднання треба вибрати оптимальні режими зварювання. Якість забезпечується і основними технологічними параметрами, які контролюються: температура, тиск та час зварювання.

Температура зварювання повинна бути нижча за температуру утворення евтектичного сплаву і близькою до температури відпалу пластичнішого металу.

Величина тиску повинна забезпечувати пластичну деформацію матеріалу, який приєднується, на 30-60% [3]. Тиск у місці з'єднання матеріалів здійснюється за допомогою зварювального інструмента, який буває трьох типів: у формі клину, капіляра або "пташиного дзьобу".

Температура і тиск - це взаємозв'язані технологічні параметри. Одночасне застосування температури і тиску, забезпечує отримання з'єднання при нижчих температурах, ніж без застосування тиску. Підігрів зварювального інструмента активізує поверхневі атоми з'єднувальних матеріалів до утворення хімічних зв'язків.

Тривалість процесу термокомпресії залежить від природи з'єднувальних матеріалів та якості їх підготовки до з'єднання. Час повинен бути оптимальним, бо коли він надто великий, то відбувається розрив вже утворених хімічних зв'язків.

ТМ має багато різновидів, які класифікують за способами нагрівання та з’єднання і за типом створеного з’єднання.

При дротяному монтажі мікросхем застосовують два методи термокомпресії: встик і навипуск. В залежності від форми зварювального інструмента використовують той чи інший метод. Якщо інструмент виконаний у формі капіляра, то зварювання проводиться встик, де попередньо на кінці дротини формують кульку. Це можна зробити лише при використанні дротини із золота, оскільки утворення кульки з алюмінію та інших матеріалів ускладнене через їх окислення. При тиску і нагріві кулька розплющується до розмірів, які у 2-3 рази більші за діаметр дроту. При використанні інструмента у вигляді клина (голки) чи "пташиного дзьобу" зварювання - термокомпресію проводять навипуск. При термокомпресії клином дріт подається з допомогою додаткового капіляра. При термокомпресії робоча температура становить 320-450°С, а тиск - в межах (6-19)·107 Н/м2, тривалість - від 0.5 до 10 секунд [3]. Цю операцію найчастіше застосовують для створення з’єднань золотим дротом між алюмінієвими контактними площинками кристала і виводами корпусу [2].

На рис. 3.1 показана схема процесу зварювання з використанням інструменту у формі капіляра. При відповідному тиску витісняються з контактної зони адсорбовані гази і забруднення, руйнуються поверхневі плівки, які утворилися на поверхні з'єднувальних матеріалів при їх зберіганні. Поверхневі плівки можуть бути різної природи - це тонкий шар води, наприклад, на поверхні золота, чи тонкий шар оксиду на поверхні кремнію чи алюмінію. Хімічний склад поверхневої плівки визначається хімічною активністю щодо газів оточуючого середовища. При руйнуванні плівок і усуненні забруднень оголюються ділянки чистої поверхні, на місці яких виникають найміцніші хімічні зв'язки.

Рис 3.1 Зварювання термокомпресією інструментом у формі капіляра [3]:

а - зварювання зшиванням:

1 - дротик;

2 - капіляр;

3 - кристал;

б - зварювання кулькою:

1 - затискуючий пристрій.

Метод термокомпресійного зварювання відрізняється простотою, легкістю управління технологічними режимами, великим строком служби зварювального інструмента, стабільністю процесу і малою чутливістю до відхилень від оптимальних режимів зварювання [3].

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5