3.4 Зварювання непрямим імпульсним нагріванням

Здійснюється V - подібним інструментом, через який в момент з'єднання матеріалів пропускають електричний струм. V-подібний інструмент зроблений так, щоб тепло, яке виділяється при пропусканні струму, було зосереджене в нижній частині інструмента. Зварювання здійснюється при одночасній подачі імпульсу заданої тривалості і тиску на інструмент.

Тривалість імпульсу визначає час процесу зварювання, а величина напруги, яка подається, відповідає температурі нагріву в зоні зварювання. Тиск зварювального інструмента залежить від пластичності зварювальних матеріалів і діаметра дроту. Процес зварювання непрямим нагрівом базується на одночасній дії в зоні зварювання температури і тиску, але відрізняється від термокомпресії значно меншою тривалістю за рахунок концентрації тепла на кінчику інструмента, що забезпечує ефективніше нагрівання місця зварювання. Схема зварювання непрямим нагрівом зображена на рис 3.2. При непрямому імпульсному нагріванні, в залежності від зварювальних матеріалів, тривалість імпульсу становить 0.2-0.7 секунди при подачі на зварювальний інструмент напруги в межах 105-120 В і при зусиллі (6-15) кН [3].

Рис 3.2 Зварювання імпульсним методом за допомогою V - подібного конусного інструменту [3]

Зараз застосовують напівавтоматичні та автоматичні лінії чи установки для зварювання непрямим імпульсним нагріванням [3].

3.5 Ультразвукове мікрозварювання (УМ)

Це технологічна операція з’єднання металів у твердій фазі методом збудження в з’єднуваних деталях поздовжніх пружних коливань [2] ультразвукової частоти 20-60 Гц [3] при одночасному створенні тиску. З'єднувальні поверхні піддаються впливу змінних зсувних сил, в результаті чого проходить зрізання мікронерівностей і руйнування поверхневих плівок. Зона з'єднання при цьому нагрівається до температури, яка становить (30-50)% [3] від температури плавлення з'єднувальних матеріалів, що сприяє виникненню безпосереднього металічного зв’язку і міцного з'єднання без структурних змін матеріалу.

При ультразвуковому зварюванні не потрібно додатково очищати з'єднувальні поверхні і є можливість зварювати найрізноманітніші матеріали. На практиці дуже часто застосовують ультразвукове зварювання разом з термокомпресією чи з непрямим імпульсним нагріванням. Цією операцією з’єднують алюмінієві виводи з алюмінієвою плівкою, нанесеною на скло, силіцій або оксид силіцію (), а також золоті й алюмінієві виводи із золотими плівками, нанесеними на ситал з підшаром ніхрому [2]. Треба відзначити, що ультразвукове зварювання відрізняється досить малою тривалістю 0.05-1.5 секунд при зусиллі притиску деталей, рівному 0,5-15 кН [3]. УМ може виконуватися з підігрівом або без нього.

На рис 3.3 показаний пристрій для приєднання золотого дроту до алюмінієвої контактної площинки ультразвуковим методом.

Рис 3.3 Ультразвукове зварювання [3]:

1 - перетворювач;

2 - хвилевод-концентратор;

3 - акустична розв’язка;

4 - інструмент для зварювання.

3.6 Зварювання здвоєним електродом

Проводиться при поданні на зварювальний інструмент імпульсу електричного струму великої густини з одночасним механічним притиском деталей, що зварюються. При пропусканні струму через зварювальний інструмент більша частина тепла буде виділятися при малому опорі, тобто в зоні зварювання. Під дією тепла і притиску деталей, що зварюються, зона контактування розпливається, що приводить до подальшого зменшення опору контакту і збільшення струму. У зоні зварювання з'єднувальні матеріали формуються і розплавляються. З припиненням подачі струму зона зварювання кристалізується, утворюючи шов. Тривалість імпульсу струму розрахована на час розплаву з'єднувальних матеріалів лише в зоні зварювання і становить від 0.02 до 1 с [3].

З'єднувальні деталі перед зварюванням повинні бути старанно очищені від забруднень і поверхневих плівок. Тиск, який створюється в місці контакту, становить 0.5-20 Н, що є менше, ніж для вище описаних методів [3]. Вибір з'єднувальних матеріалів проводиться, виходячи з вимог до їх високої електро- і теплопровідності та механічної міцності.

Перевагою методу зварювання здвоєним електродом є мала зона контакту і короткочасність процесу, а недоліком - великі втрати струму і можливість теплового удару, що зменшує надійність ІМС [3].

Процес зварювання здвоєним електродом ілюструє рис 3.4.

Рис 3.4 Зварювання здвоєним електродом [3]

3.7 Лазерне зварювання

Лазерне зварювання базується на розплавленні з'єднувальних матеріалів лазерним променем та наступною їх кристалізацією. Лазерне зварювання буває точкове і шовне. Точкове зварювання застосовується для з'єднання відводів з плівковими контактними площадками, а шовне - при герметизації корпусів ІМС.

Площа робочої зони при точковому зварюванні визначається діаметром лазерного променя, потужність якого залежить від температури плавлення з'єднувальних матеріалів. Питома потужність лазерних установок, які забезпечують роботу в імпульсному режимі, становить 105 -106 Вт/см2 [3]. Для отриманим якісного контакту треба, щоб тривалість лазерного випромінювання не перевищувала часу початку плавлення матеріалу плівкового контакту та була більшою за час, необхідний для плавлення приєднувального провідника. Друга важлива умова якості пов'язана з вибором потужності лазерного променя, мінімальне значення якої визначається з необхідності забезпечення процесу зварювання, а максимальне - з умови недопустимості термічного вибуху, який приводить до вихлюпування металу з зони зварювання і забруднення поверхні мікросхеми.

Максимальна енергія лазерного випромінювання при точковому зварюванні становить від 8 до 30 Дж, тривалість імпульсів до 7 мілісекунд при частоті їх повторювання (0.1-1) Гц [3]. Зварювання може проводитися дистанційно у вакуумі, в камерах високого тиску та в інших середовищах. Для точкового зварювання застосовують рубінові лазери, а для шовного - потужні лазери на алюмо-натрієвому гранаті з високою частотою повторення імпульсів. Довгий шов формується шляхом накладання зварювальних точок одна на одну з деяким перекриттям.

Лазерне зварювання забезпечує високу якість зварювального з’єднання (мінімальний перехідний опір контакту), короткочасність процесу та простоту управління переміщенням лазерного променя, що дозволяє автоматизувати цей процес [3]. Недоліком є висока вартість лазерних установок.

3.8 Електронно-променеве зварювання

Електронно-променеве зварювання базується на розплавленні місця контакту електронним променем з наступною кристалізацією. Зварювання проводять у вакуумі при імпульсному режимі роботи. У вітчизняних установках питома потужність електронного променя становить 2000 кВт/см2 [3]. Розплавлення зони контакту під впливом електронного променя проходить за рахунок перетворення кінетичної енергії електронів в теплову.

Таке зварювання знайшло широке застосування для приварювання відводів до контактних площинок і для герметизації метало-скляних корпусів ІМС. Для зменшення нагрівання корпусу при електронно-променевому зварюванні його охолоджують з допомогою силіконового масла [3], яке добре проводить тепло або мідного тепловідводу (оправки відповідної конфігурації).

Перевагами методу є висока якість зварювального з'єднання за рахунок чистоти технологічного середовища, можливість широкого поєднання зварювальних матеріалів, простоти управління переміщенням променя, що забезпечує автоматизацію процесу зварювання. Недоліками методу є висока вартість обладнання і необхідність створення вакууму, що веде до тривалого відкачування камери, в якій проводять зварювання [3].

3.9 Холодне зварювання

Холодне зварювання - це зварювання тиском без нагрівання за рахунок спільної пластичної деформації поверхонь з'єднувальних деталей.

Цей вид зварювання застосовують, в основному, для герметизації корпусів ІМС. Зварювальні поверхні попередньо покривають шаром оксиду чи крихкого металу, товщиною в декілька мікрон. Під впливом стискуючої сили таке покриття, що має велику твердість і крихкість, руйнується, оголюючи чисту, поверхню з'єднувальних деталей, а це приводить до виникнення міжмолекулярного зв'язку. В міру збільшення тиску зона зварювання збільшується і утворюється міцне герметичне з'єднання.

Для отримання якісного з'єднання треба старанно очистити поверхні з'єднувальних деталей, нанести на чисті поверхні товстий шар оксиду чи гальванічного покриття (хром, нікель), забезпечити точне співпадання деталей і, доклавши необхідну силу, провести деформацію з'єднувальних деталей на 75-80%.

Холодне зварювання застосовується у випадку достатньої пластичності матеріалів [3], наприклад при зварюванні деталей із сплаву 28НК або сплаву з міддю МБ чи міді М-1.

Перевагою методу є низька температура зварювання, що виключає вплив нагрівання на структури ІМС. Недоліки методу обумовлені: складністю надійного з'єднання різностінних деталей, нерівномірністю пластичної деформації по периметру прямокутного корпусу і обмеженим вибором матеріалів деталей, що зварюються [3].

3.10 Електроконтактне зварювання

Застосовується для з'єднання деталей, матеріал яких не піддається пластичній деформації до утворення суцільного зварювального шва. Електроконтактне зварювання ділиться на: конденсаторне, точкове і роликове.

На рис 3.5. показана схема точкового конденсаторного зварювання. Зварювання деталей при складанні ІМС (кришка і основа) проводять шляхом затискування між електродами, які під'єднані до вторинної обмотки трансформатора. Від напруги мережі заряджають конденсатори, після чого їх перемикають на первинну обмотку трансформатора. Зварювання відбувається в момент розряду конденсаторної батареї через первинну обмотку трансформатора та при прикладенні тиску Р. Вторинна обмотка, яка під'єднана до електродів, встановлених по периметру корпусу, виконує роль зварювального інструмента. Для центрування електродів по периметру використовують спеціальні пристосування.

Рис 3.5 Схема конденсаторного електрозварювання [3]:

С - конденсаторна батарея;

П - перемикач;

Тр - трансформатор;

1 - герметичний корпус;

2 - електроди;

3 - електричне коло зварювальної установки.

Залежно від зварювальних матеріалів режими процесу регулюються ємністю конденсаторної батареї, величиною коефіцієнта трансформації зварювального трансформатора і зусиллям притиснення деталей, що зварюються. Якість з'єднання залежить від правильного вибору режимів зварювання, чистоти обробки поверхні зварювальних деталей і електродів.

У випадку, коли електроди, які застосовують для проведення процесу, виконані у вигляді роликів, то зварювання називається роликовим. Ними притискують по периметру корпус ІМС, задають силу струму і в атмосфері аргону відбувається процес зварювання.

3.11 Аргонно-дугове зварювання

Аргонно-дугове зварювання здійснюється за допомогою спрямовуючого електрода з продуванням аргону через пальник. Це забезпечує стабільне горіння дуги і високу якість зварювального шва. Цей процес проводиться у вакуумній камері в атмосфері гелію і застосовується для вакуумної герметизації корпусів.

Аргонно-дугове зварювання виділяється серед інших високою продуктивністю [3]. Недоліком методу є сильний термічний вплив в місці зварювання деталей, тому виникає необхідність конструктивного збільшення розмірів деталей під зварювання.

Після зварки корпус витримується 72 години при Т=150-200 ºС [6]. Після завершення всіх операцій проводиться контроль на герметичність корпусу, вібростійкість, випробовування на ударні нагрузки, чи захисного покриття та функціонування інтегральної мікросхеми.

Матеріалами для герметизації служать пластмаси [8], політетрафторетилен [7], композиційні порошкові пластмаси, епоксидні смоли, стекла [7], кераміка [8], сировина для виробництва якої є доступна і дешева[7]. При масовому виробництві виробів однакової форми і розмірів застосування пластичних мас забезпечує високу продуктивність праці. Широко застосовуються компаунди для просочування і заливки окремих вузлів електро- і радіоапаратури, трансформаторів, дроселів, конденсаторів. Їх використовують також для герметизації дискретних напівпровідникових приладів і інтегральних мікросхем [7]. Перевагами кераміки є можливість отримання наперед заданих характеристик шляхом зміни складу маси і технології виробництва. При масовому виробництві керамічних виробів основні операції технологічного процесу можуть бути повністю автоматизовані. Суттєвою перевагою керамічного виробництва є відсутність обмежень на виготовлення виробів необхідної форми та габаритів. [7]

Створюючи нову радіоелектронну апаратуру, вдосконалюючи її та ремонтуючи, особливу увагу приділяють оптимальному вибору типу ІМС [1]. Крім функціональних можливостей, конструктивних особливостей, статичних та динамічних параметрів, важливою є оцінка цілого ряду особливостей ІМС, що обумовлюється технологією їх виготовлення. Знання особливостей технології створення структур ІМС та можливостей традиційних і перспективних технологічних процесів дозволяє розробникам та експлуатаційникам електронної апаратури кваліфіковано формулювати завдання на розробку досконаліших інтегральних мікросхем.

ВИСНОВКИ

В даній курсовій роботі було розглянуто герметизацію інтегральних мікросхем з метою захисту кристалів або підкладок з елементами від різноманітних кліматичних, електромагнітних та механічних впливів. Також були розглянуті корпуси для забезпечення цього захисту, матеріали для їхнього виготовлення і різноманітні методи та способи герметизації.

Аналізуючи всі матеріали, корпуси для герметизації, провівши порівняльну характеристику різних методів можна дійти наступних висновків:

1. Вибір методу герметизації залежить від конкретних умов, у котрих експлуатуватимуться виготовлені електронні пристрої.

2. Вибір з'єднувальних матеріалів проводиться, виходячи з вимог до їх високої електро- і теплопровідності та механічної міцності.

3. Найбільша щільність монтажу досягається при безкорпусній герметизації, проте максимальний захист від різноманітних зовнішніх впливів досягається використанням корпусів, кожен з яких має свої переваги та недоліки.

4. Найнадійнішими є керамічні корпуси, але вони досить високовартісні. Для масового виробництва мікросхем із малою розсіюваною потужністю вигідно використовувати пластмасові корпуси, які добре працюють за нормальної та низької вологості в обмеженому діапазоні температур.

5. Корпуси з шовно-клеймовими з’єднаннями найпростіші і найдешевші, але мікросхеми в них можуть працювати лише в нормальних умовах експлуатації.

6. Максимальний коефіцієнт заповнення об’єму мають прямокутні плоскі корпуси, а також корпуси з матричними виводами.

СПИСОК ВИКОРИСТАНОЇ ЛІТЕРАТУРИ

1. Васильєва Л.Д., Медведенко Б.І., Ю.І.Якименко Ю.І. - Напівпровідникові прилади: Підручник. - К.:ІВЦ “Видавництво «Політехніка»”, 2003. - 388с.

2. Прищепа М.М., Погребняк В.П. - Мікроелектроніка частина. В 3 ч. Ч. 1 . Елементи мікроелектроніки: Навч. Посіб. / За ред. М.М.Прищепи. - К.: Вища шк., 2004. - 431 с.

3. Закалик Л.І., Ткачук Р.А. Основи мікроелектроніки. - Навчальний посібник. - Тернопіль: ТДТУ ім.І.Пулюя, 1998. - 352 с.

4. Бондарь Б.Г., Письменецький В.А., Хорунжий В.А. «Микроэлектроника».- Киев: Вища школа. Головное изд-во, 1981. - 256 с.

5. Романова М.П. Проектирование и технология микросхем: учебное пособие/М.П. Романова. - Ульяновск: УлГТУ, 2005. - 83 с.

6. Богдан Г.И., Некрасов М.М. Пленочная електроника и полупроводниковые интегральние схеми. - Киев, изд. объединение «Вища школа». Головное изд-во, 1979. - 208 с.

7. Пасинков В.В., Сорокин В.С. Материали электронной техники. - Учебник. 5-е изд., стер. СПб.: Издательство «Лань», 2003. - 386 с.

8. Миголинець І.М., Пинзеник В.П., Кикинеші О.О. Фізичне матеріалознавство. - Ужгород, УжДУ, 1999. - 192 с.

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5