مونتاژ دستگاه های نیمه هادی

و ریز مدار یکپارچه

ویژگی های فرآیند مونتاژ

مونتاژ دستگاه های نیمه هادی و مدارهای مجتمع زمان برترین و مسئولیت پذیرترین مرحله فناوری در چرخه کلی ساخت آنها است. پایداری پارامترهای الکتریکی و قابلیت اطمینان محصولات نهایی تا حد زیادی به کیفیت عملیات مونتاژ بستگی دارد.

مرحله مونتاژ پس از اتمام پردازش گروهی ویفرهای نیمه هادی با استفاده از فناوری مسطح و جداسازی آنها به عناصر منفرد (کریستال) آغاز می شود. این بلورها می توانند ساده ترین ساختار (دیود یا ترانزیستور) را داشته باشند یا شامل یک مدار مجتمع پیچیده (با تعداد زیادی عناصر فعال و غیر فعال) باشند و به مجموعه ای از ترکیبات گسسته، هیبریدی یا یکپارچه برسند.

دشواری فرآیند مونتاژ در این واقعیت نهفته است که هر دسته از دستگاه‌ها و آی‌سی‌های مجزا ویژگی‌های طراحی خاص خود را دارند که به عملیات مونتاژ و حالت‌های اجرای آن‌ها به خوبی تعریف شده نیاز دارند.

فرآیند مونتاژ شامل سه عملیات تکنولوژیکی اصلی است: اتصال یک کریستال به پایه کیس. اتصال حامل جریان منجر به عناصر فعال و غیرفعال کریستال نیمه هادی به عناصر داخلی کیس می شود. آب بندی کریستال از محیط خارجی

چسباندن کریستال به پایه کیس

اتصال یک تراشه دستگاه نیمه هادی یا آی سی به پایه بسته با استفاده از فرآیندهای لحیم کاری، همجوشی با استفاده از آلیاژهای یوتکتیک و چسب انجام می شود.

لازمه اصلی عملیات اتصال کریستال، ایجاد ارتباط بین کریستال و پایه محفظه است که دارای استحکام مکانیکی بالا، رسانایی الکتریکی و حرارتی خوبی باشد.

لحیم کاری- فرآیند اتصال دو قسمت مختلف بدون ذوب با استفاده از جزء سوم به نام لحیم کاری. یکی از ویژگی های فرآیند لحیم کاری این است که لحیم کاری در هنگام تشکیل یک اتصال لحیم کاری در حالت مایع است و قطعاتی که باید به یکدیگر متصل شوند در حالت جامد هستند.

روی انجیر شکل 1a گونه ای از اتصال یک تراشه آی سی با برجستگی های تماس مس قلع شده را به یک زیرلایه نشان می دهد. این طراحی سرنخ ها از پخش شدن لحیم بر روی بستر نمی ترسد. وجود یک برآمدگی قارچی شکل بالا، شکاف لازم را بین کریستال نیمه هادی و بستر در هنگام ذوب لحیم فراهم می کند. این امکان اتصال کریستال به بستر را با درجه بالایی از دقت فراهم می کند.

روی انجیر 1c نوعی از مجموعه بلورهایی را نشان می دهد که برجستگی های نرمی از لحیم قلع سرب دارند.

پ
اتصال چنین کریستالی به پایه محفظه با گرمایش معمولی بدون فشار اضافی روی کریستال انجام می شود. لحیم کاری برآمدگی های تماسی در حین گرم شدن و ذوب شدن بر روی سطح بخش های قلع دار پایه بدنه به دلیل نیروهای کشش سطحی پخش نمی شود. علاوه بر این، شکاف خاصی بین کریستال و بستر ایجاد می کند.

روش در نظر گرفته شده برای اتصال کریستال های آی سی به پایه کیس یا هر بردی امکان مکانیزه کردن و اتوماسیون فرآیند مونتاژ را تا حد زیادی ممکن می سازد.

سطح بندی با استفاده از آلیاژهای یوتکتیک این روش برای اتصال تراشه های نیمه هادی به پایه بسته بندی بر اساس تشکیل یک ناحیه مذاب است که در آن لایه سطحی مواد نیمه هادی و لایه فلزی پایه بسته بندی حل می شود.

دو آلیاژ یوتکتیک به طور گسترده در صنعت استفاده می شود: طلا-سیلیکون (نقطه ذوب 370 درجه سانتی گراد) و طلا-ژرمانیوم (نقطه ذوب 356 درجه سانتی گراد). فرآیند اتصال یوتکتیک کریستال به پایه محفظه دارای دو نوع است. نوع اول مبتنی بر استفاده از یک واشر ساخته شده از آلیاژ یوتکتیک است که بین عناصر متصل قرار دارد: کریستال و کیس. در این نوع اتصال، سطح پایه محفظه باید به صورت یک لایه نازک طلایی شود و سطح تراشه نیمه هادی ممکن است طلاکاری نشده باشد (برای سیلیکون و ژرمانیوم) یا با لایه نازک پوشانده شود. لایه ای از طلا (در مورد سایر مواد نیمه هادی که متصل شده اند). هنگامی که چنین ترکیبی تا دمای ذوب آلیاژ یوتکتیک گرم می شود، یک منطقه مایع بین عناصر متصل (پایه کریستالی بدن) تشکیل می شود. در این منطقه مایع، از یک طرف، انحلال لایه مواد نیمه هادی کریستال (یا لایه طلای رسوب شده بر روی سطح کریستال).

پس از خنک شدن کل سیستم (پایه بدنه یک کریستال یوتکتیک مذاب-نیمه هادی است)، ناحیه مایع آلیاژ یوتکتیک جامد می شود و محلول جامد در مرز آلیاژ نیمه هادی-یوتکتیک تشکیل می شود. در نتیجه این فرآیند، یک اتصال مکانیکی قوی از مواد نیمه هادی با پایه بسته ایجاد می شود.

نوع دوم اتصال یوتکتیک کریستال به پایه محفظه معمولاً برای کریستال های سیلیکون یا ژرمانیوم اجرا می شود. بر خلاف نوع اول، واشر آلیاژی یوتکتیک برای اتصال کریستال استفاده نمی شود. در این حالت، ناحیه مایع مذاب یوتکتیک در نتیجه گرم کردن ترکیب پایه طلاکاری شده کریستال بدن-سیلیکون (یا ژرمانیوم) تشکیل می شود. بیایید نگاهی دقیق تر به این روند بیندازیم. اگر یک کریستال سیلیکونی بدون پوشش طلا بر روی سطح پایه کیس که دارای لایه نازکی از روکش طلا است قرار داده شود و کل سیستم تا دمای 40 تا 50 درجه سانتیگراد بالاتر از دمای کیس گرم شود. یوتکتیک طلا-سیلیکون، سپس یک فاز مایع از ترکیب یوتکتیک بین عناصر متصل تشکیل می شود. از آنجایی که فرآیند آلیاژسازی لایه طلا با سیلیکون غیرتعادلی است، مقدار سیلیکون و طلای محلول در ناحیه مایع با توجه به ضخامت پوشش طلا، دما و زمان فرآیند آلیاژسازی تعیین می شود. در نوردهی به اندازه کافی طولانی و دمای ثابت، فرآیند آلیاژ طلا با سیلیکون به حالت تعادل نزدیک می شود و با حجم ثابت فاز مایع طلا-سیلیکون مشخص می شود. وجود مقدار زیادی از فاز مایع می تواند منجر به خروج آن از زیر کریستال سیلیکون به اطراف آن شود. در طول انجماد، یوتکتیک نشت‌شده منجر به تشکیل تنش‌ها و پوسته‌های مکانیکی به اندازه کافی بزرگ در ساختار کریستالی سیلیکونی می‌شود که به شدت استحکام ساختار آلیاژی را کاهش می‌دهد و پارامترهای الکتریکی آن را بدتر می‌کند.

در حداقل مقادیر زمان و دما، همجوشی طلا با سیلیکون به طور یکنواخت در کل منطقه تماس بین کریستال و پایه کیس رخ نمی‌دهد، بلکه فقط در نقاط جداگانه آن اتفاق می‌افتد.

در نتیجه استحکام اتصال آلیاژی کاهش می یابد، مقاومت الکتریکی و حرارتی کنتاکت افزایش می یابد و قابلیت اطمینان آرماتور حاصل کاهش می یابد.

وضعیت سطوح عناصر به هم پیوسته اصلی تأثیر بسزایی در فرآیند همجوشی یوتکتیک دارد. وجود آلاینده ها بر روی این سطوح منجر به بدتر شدن خیس شدن سطوح در تماس با فاز مایع و انحلال ناهموار می شود.

چسباندنفرآیندی از اتصال عناصر به یکدیگر، بر اساس خواص چسبندگی برخی از مواد، که به دست آوردن اتصالات مکانیکی قوی بین کریستال های نیمه هادی و پایه های محفظه (فلز، شیشه یا سرامیک) امکان پذیر است. استحکام اتصال با نیروی چسب بین چسب و سطوح چسبنده عناصر تعیین می شود.

اتصال عناصر مختلف مدارهای مجتمع امکان اتصال طیف گسترده ای از مواد را در ترکیبات مختلف، ساده سازی طراحی مجموعه، کاهش جرم آن، کاهش مصرف مواد گران قیمت، اجتناب از استفاده از لحیم کاری و آلیاژهای یوتکتیک و ساده سازی بسیار فراهم می کند. فرآیندهای فناورانه مونتاژ پیچیده ترین دستگاه های نیمه هادی و آی سی ها.

در نتیجه چسباندن، می توان اتصالات و ترکیبات پیچیده با خواص عایق الکتریکی، نوری و رسانایی به دست آورد. اتصال قالب ها به پایه بسته با استفاده از فرآیند چسباندن برای مونتاژ و نصب عناصر مدار ترکیبی، یکپارچه و اپتوالکترونیک ضروری است.

هنگام چسباندن کریستال ها به پایه محفظه ها از انواع مختلفی از چسب ها استفاده می شود: عایق، رسانا، رسانای نور و رسانای گرما. با توجه به فعالیت برهمکنش بین چسب و سطوحی که قرار است چسبانده شوند، قطبی (بر اساس رزین های اپوکسی) و غیر قطبی (بر اساس پلی اتیلن) ​​متمایز می شوند.

کیفیت فرآیند چسباندن تا حد زیادی نه تنها به خواص چسب، بلکه به وضعیت سطوح عناصری که باید چسبانده شوند نیز بستگی دارد. برای به دست آوردن یک اتصال قوی، لازم است سطوحی که باید چسبانده شوند، به دقت پردازش و تمیز شوند. دما نقش مهمی در فرآیند پیوند دارد. بنابراین، هنگام چسباندن عناصر ساختاری که در عملیات‌های تکنولوژیکی بعدی در معرض دمای بالا قرار نمی‌گیرند، می‌توان از چسب‌های پخت سرد مبتنی بر اپوکسی استفاده کرد. برای چسباندن کریستال های سیلیکون به پایه های فلزی یا سرامیکی محفظه ها، معمولاً از چسب VK-2 استفاده می شود که محلولی از رزین سیلیسی ارگانیک در یک حلال آلی با آزبست ریز پراکنده به عنوان پرکننده فعال یا VK-32-200 است که در آن شیشه یا کوارتز به عنوان پرکننده استفاده می شود.

فرآیند فن آوری چسباندن کریستال های نیمه هادی در کاست های مونتاژ ویژه ای انجام می شود که جهت گیری مورد نظر کریستال را روی پایه کیس و فشار دادن لازم آن به پایه را فراهم می کند. کاست های مونتاژ شده، بسته به ماده چسب مورد استفاده، تحت عملیات حرارتی خاصی قرار می گیرند یا در دمای اتاق نگهداری می شوند.

گروه های ویژه چسب های رسانای الکتریکی و نوری هستند که برای چسباندن عناصر و مجموعه های آی سی های هیبریدی و اپتوالکترونیک استفاده می شوند. چسب های رسانا ترکیباتی بر پایه رزین های اپوکسی و ارگانوسیلیکن با افزودن پودرهای نقره یا نیکل هستند. در این میان پرکاربردترین چسب ها عبارتند از AS-40V، EK-A، EK-B، K-3، EVT و KN-1 که مایعات خمیری با مقاومت الکتریکی خاص 0.01-0.001 اهم سانتی متر و برد هستند. دمای کار از -60 تا +150 درجه سانتیگراد. چسب های نوری مشمول الزامات اضافی برای مقدار ضریب شکست و انتقال نور هستند. پرکاربردترین چسب های نوری OK.-72 F, OP-429, OP-430, OP-ZM.

پارامترهای اصلی حالت جوشکاری ترمو فشرده عبارتند از فشار خاص، دمای حرارت و زمان جوش.فشار خاص بسته به تنش تراکمی مجاز کریستال نیمه هادی و تغییر شکل مجاز ماده سرب جوش داده شده انتخاب می شود. زمان جوشکاری به صورت تجربی انتخاب می شود.

تغییر شکل نسبی در طول جوشکاری ترمو فشرده

,

که در آن d قطر سیم، میکرون است. b-عرض اتصال، میکرون.

فشار روی ابزار بر اساس توزیع تنش ها در مرحله تکمیل تغییر شکل تعیین می شود:

,

جی

de A-ضریب مشخص کننده تغییر در تنش در طول تغییر شکل سیم. f ضریب کاهش اصطکاک است که اصطکاک بین ابزار، سیم و بستر را مشخص می کند. - تغییر شکل نسبی؛ - قدرت تسلیم مواد سیم در دمای تغییر شکل. d قطر سیم است؛ D قطر ابزار پرس است که معمولاً برابر با (2h3)d است.

برنج. 2. نوموگرام برای انتخاب حالت های جوشکاری ترمو فشرده:

الف - سیم طلا با یک فیلم آلومینیومی؛ ب- سیم آلومینیومی با فیلم آلومینیومی

روی انجیر شکل 2 نوموگرام حالت های جوشکاری حرارتی مفتول طلا (a) و آلومینیوم (b) با لنت های تماس آلومینیومی را نشان می دهد. این نوموگرام ها انتخاب بهینه رابطه بین فشار، دما و زمان را امکان پذیر می کنند.

جوشکاری ترمو فشردهانواع مختلفی دارد که می توان آنها را با روش گرمایش، روش اتصال، شکل ابزار طبقه بندی کرد. با توجه به روش گرمایش، جوشکاری ترمو فشرده با گرمایش جداگانه سوزن، کریستال یا پانچ و همچنین با حرارت دادن همزمان دو مورد از این عناصر متمایز می شود. با توجه به روش اتصال، جوشکاری ترمو فشرده می تواند لب به لب و همپوشانی باشد. با توجه به شکل ابزار، "منقار پرنده"، "گوه"، "مویرگی" و "سوزن" متمایز می شود (شکل 14.3).

هنگام جوشکاری با ابزار "منقار پرنده"، همان دستگاه سیم را تغذیه کرده، آن را به لنت های تماس مدار مجتمع متصل می کند و بدون اینکه آن را از "منقار" رها کند، به طور خودکار می شکند. ابزار به شکل یک "گوه" انتهای سیم را به زیرلایه فشار می دهد، در حالی که تمام سیم به داخل فشرده نمی شود، بلکه فقط قسمت مرکزی آن فشرده می شود. هنگام جوشکاری با "ابزار مویرگی" سیم از آن عبور می کند. نوک مویرگی به طور همزمان به عنوان ابزاری عمل می کند که فشار را به سیم منتقل می کند. هنگام جوشکاری با "سوزن"، انتهای سیم سیم توسط مکانیزم خاصی به منطقه جوش وارد می شود و روی صفحه تماس قرار می گیرد و سپس با یک سوزن با نیروی خاصی فشار می یابد.

آر

است. 3. انواع ابزار جوشکاری ترموکمپرسی:

الف- «منقار پرنده»؛ ب- «گوه»؛ ج- «مویرگی»؛ آقای "سوزن"

برای انجام فرآیند جوشکاری ترمو فشرده از تاسیسات مختلفی استفاده می شود که اجزای اصلی آن عبارتند از: میز کار با یا بدون ستون گرمایش، مکانیزم ایجاد فشار بر روی ترمینال متصل، ابزار کار، مکانیزم تغذیه و سیم شکستن برای پایانه ها، مکانیزمی برای تغذیه کریستال ها یا قطعاتی که به آنها کریستال متصل است. مکانیزمی برای ترکیب عناصر متصل، یک سیستم نوری برای مشاهده بصری فرآیند جوشکاری، واحدهای قدرت و کنترل. همه گره های ذکر شده می توانند طراحی متفاوتی داشته باشند، اما اصل طراحی آنها و ماهیت کار انجام شده یکسان است.

در حال حاضر از دو روش جوشکاری مقاومت الکتریکی برای اتصال لیدها به لنت های تماس کریستال های مدار مجتمع استفاده می شود: با آرایش یک طرفه دو الکترود و با آرایش یک طرفه یک الکترود دوتایی. روش دوم با روش اول متفاوت است در این که الکترودهای کار به شکل دو عنصر حامل جریان ساخته می شوند که توسط یک اسپیسر عایق از یکدیگر جدا شده اند. در لحظه فشار دادن چنین الکترودی به سیم سیم و عبور جریان الکترود از سیستم تشکیل شده، مقدار زیادی گرما در نقطه تماس آزاد می شود. فشار خارجی در ترکیب با حرارت دادن قطعات تا دمای پلاستیسیته یا ذوب شدن منجر به اتصال قوی آنها می شود.

مکانیسم تغذیه کریستال شامل مجموعه ای از کاست ها است و مکانیسم تراز شامل سیستمی از دستکاری کننده ها است که به شما امکان می دهد کریستال را در موقعیت مورد نظر قرار دهید. یک سیستم مشاهده بصری نوری از یک میکروسکوپ یا یک پروژکتور تشکیل شده است. واحد منبع تغذیه و کنترل به شما این امکان را می دهد که حالت عملیات جوشکاری را تنظیم کنید و هنگام تغییر نوع کریستال و مواد خروجی آن را بازسازی و تنظیم کنید.

جوش سرد.روش آب بندی سرد به طور گسترده در صنعت الکترونیک استفاده می شود. در مواردی که هنگام آب بندی قطعات اصلی بدنه، گرمایش آنها غیرقابل قبول است و خلوص بالایی از فرآیند مورد نیاز است، از جوشکاری با فشار سرد استفاده می شود. علاوه بر این، جوش سرد یک اتصال هرمتیک قوی از متداول ترین فلزات غیرمشابه (مس، نیکل، ژورو و فولاد) را فراهم می کند.

از معایب این روش می توان به وجود تغییر شکل قابل توجهی در قسمت های بدن در محل اتصال اشاره کرد که منجر به تغییر قابل توجهی در شکل و ابعاد کلی محصولات نهایی می شود.

تغییر قطر خارجی بدنه دستگاه به ضخامت قطعات جوش داده شده اصلی بستگی دارد. تغییر در قطر بیرونی دستگاه تمام شده پس از فرآیند جوش سرد

ضخامت شانه قسمت بالایی قبل از جوشکاری کجاست. - ضخامت شانه قسمت پایین قبل از جوشکاری.

اهمیت زیادی برای فرآیند جوش سرد وجود یک لایه اکسید روی سطح قطعاتی است که قرار است به یکدیگر متصل شوند. اگر این لایه انعطاف پذیر و نرم تر از فلز پایه باشد، تحت فشار در همه جهات پخش می شود و نازک می شود و در نتیجه سطوح فلزی تمیز را جدا می کند و در نتیجه جوشکاری انجام نمی شود. اگر لایه اکسیدی شکننده‌تر و سخت‌تر از فلزی باشد که می‌پوشاند، آنگاه تحت فشار ترک می‌خورد و ترک‌خوردگی در هر دو قسمتی که قرار است به هم وصل شود به طور یکسان رخ می‌دهد. آلاینده های موجود بر روی سطح فیلم در هر دو طرف در یک نوع بسته بندی بسته بندی می شوند که در لبه ها محکم بسته می شوند. افزایش بیشتر فشار منجر به پخش شدن فلز خالص به نواحی محیطی می شود. بیشترین گسترش در صفحه میانی درز تشکیل شده رخ می دهد، به همین دلیل تمام بسته های دارای ناخالصی به بیرون کشیده می شوند و سطوح فلزی تمیز که وارد فعل و انفعالات بین اتمی می شوند، محکم به یکدیگر می چسبند.

بنابراین، شکنندگی و سختی از ویژگی های اصلی فیلم اکسید هستند که اتصال محکمی را ایجاد می کنند. از آنجایی که برای اکثر فلزات ضخامت پوشش با لایه های اکسیدی از 10-7 سانتی متر تجاوز نمی کند، قطعات ساخته شده از این فلزات قبل از جوشکاری نیکل اندود یا کروم اندود می شوند. فیلم های نیکل و کروم دارای سختی و شکنندگی کافی هستند و بنابراین به طور قابل توجهی اتصال جوش داده شده را بهبود می بخشند.

قبل از انجام فرآیند جوش سرد، تمام قطعات چربی زدایی، شسته و خشک می شوند. برای تشکیل اتصال باکیفیت دو قطعه فلزی، لازم است از تغییر شکل، پلاستیک و تمیزی کافی قطعات مورد جوش اطمینان حاصل شود.

درجه تغییر شکل K در طول جوش سرد باید در محدوده 75-85٪ باشد:

,

که در آن 2H ضخامت کل قطعاتی است که باید جوش داده شوند. t ضخامت جوش است.

استحکام جوش

که در آن P نیروی شکست است. D قطر اثر برآمدگی پانچ است. H ضخامت یکی از قطعاتی است که باید با کوچکترین اندازه جوش داده شود. - استحکام کششی با کمترین مقدار.

برای اجزای بدن در حین جوشکاری سرد، ترکیب مواد زیر توصیه می شود: مس MB-مس MB، مس MB- مس M1، مس MB-فولاد 10، آلیاژ N29K18 (kovar) - مس MB، kovar- مس M1.

فشارهای بحرانی مورد نیاز برای تغییر شکل پلاستیک و جوش سرد، به عنوان مثال، برای ترکیب مس و مس، 1.5 * 109 نیوتن بر متر مربع، برای ترکیب مس - مجله آنها 2 * 109 نیوتن بر متر مربع است.

آب بندی پلاستیکی. آب بندی گران قیمت شیشه، شیشه به فلز، کیس های سرمتی و فلزی در حال حاضر با موفقیت با آب بندی پلاستیکی جایگزین شده است. ) در برخی موارد، این امر باعث افزایش قابلیت اطمینان دستگاه ها و آی سی ها می شود، زیرا تماس کریستال نیمه هادی با محیط گازی داخل کیس از بین می رود.

آب بندی پلاستیکی به شما امکان می دهد تا کریستال را به طور قابل اعتماد از تأثیرات خارجی جدا کنید و استحکام مکانیکی و الکتریکی بالای سازه را فراهم کنید. برای آب بندی آی سی ها، پلاستیک های مبتنی بر رزین های اپوکسی، ارگانوسیلیکن و پلی استر به طور گسترده ای استفاده می شود.

روش های اصلی آب بندی عبارتند از ریختن، پوشش و پرس تحت فشار. هنگام آب بندی با ریختن، از قالب های توخالی استفاده می شود که در آن کریستال های نیمه هادی با سرب های خارجی لحیم شده قرار می گیرند. قالب ها با پلاستیک پر می شوند.

هنگام آب بندی دستگاه ها با پوشش، دو (یا چند) سرب ساخته شده از نوار یا مواد سیمی گرفته می شود، آنها با یک مهره شیشه ای یا پلاستیکی به یکدیگر متصل می شوند و یک کریستال نیمه هادی به یکی از سرنخ ها و هادی های تماس الکتریکی لحیم می شود. به سرب دیگر (سایر) متصل می شوند. مجموعه ای که به این ترتیب به دست می آید با بسته بندی پلاستیکی مهر و موم می شود.

امیدوارکننده ترین راه برای حل مشکل مونتاژ و آب بندی دستگاه ها، مهر و موم کردن کریستال ها با عناصر فعال بر روی نوار فلزی و به دنبال آن آب بندی با پلاستیک است. مزیت این روش آب بندی امکان مکانیزه شدن و اتوماسیون فرآیندهای مونتاژ انواع آی سی ها می باشد. عنصر ساختاری اصلی بدنه پلاستیکی یک نوار فلزی است. برای انتخاب پروفیل یک نوار فلزی، باید از اندازه کریستال ها، ویژگی های حرارتی دستگاه ها، امکان نصب دستگاه های تمام شده بر روی برد مدار چاپی مدار الکترونیکی، حداکثر مقاومت پارگی از مورد، و سادگی طراحی.

طرح تکنولوژیکی آب بندی پلاستیکی دستگاه شامل مراحل اصلی فناوری مسطح است. کریستال های نیمه هادی با عناصر فعال به یک نوار فلزی پوشیده شده با طلا، با آلیاژ یوتکتیک طلا با سیلیکون یا با لحیم کاری معمولی متصل می شوند. نوار فلزی از مجله، مس، مولیبدن، فولاد، نیکل ساخته شده است.

برنامه های کاربردی

آر

است. 3. طرح مونتاژ از نوع فن

آر
است. 4. نمودار مونتاژ با قسمت پایه

آر

است. 5. نمودار مونتاژ (الف) و بخش آی سی (ب) در یک جعبه گرد:

1 بادکنک؛ 2- هادی های اتصال 3-کریستال; پدهای 4 پین؛ 5-لحیم کاری; کلاه 6 پا؛ 7-شیشه; 8-نتیجه گیری سرنخ های 9 جدا شده با شیشه; 10-اتصال با جوش الکتروکنتاکت سیلندر و ساق. لایه 11 آبکاری (لاستیک)

برنج. 6. طرح اتصال (مونتاژ) یک کریستال با سرب های توپ و یک بستر با لحیم کاری:

1
-کریستال؛ پد 2 پین؛ 3-شیشه؛ 4 توپ مس; 5-بالش مسی; 6 لحیم کاری (درجه حرارت بالا)؛ 7-لحیم کاری (درجه حرارت پایین)؛ 8-سرب از آلیاژ AgPb. 9- بستر.

برنج. 7. طرح اتصال (مونتاژ) کریستال با سربهای تیر و زیرلایه با لحیم کاری:

1-سرب تیرچه طلا؛ 2-صفحه سیلیسی; 3-کریستال; 4-نیترید سیلیکون؛ 5-پلاتین؛ 6-تیتانیوم؛ 7- بستر; پد 8 طلایی.

برنج. 8. نمودار خط مونتاژ مدار مجتمع

نوارهای انتقال در خط مونتاژ استفاده می شود. مونتاژ و حمل و نقل بر روی یک نوار مجله انجام می شود که در بخش های L و B تحت فتولیتوگرافی قرار می گیرد تا نتیجه گیری 2 به دست آید (شکل 10، a). در مقاطع C، G و D بر اساس نواری با قاب های سربی، جعبه ابزار با سرب های طلاکاری شده ساخته می شود. قطعات نوار با محفظه برای مونتاژ ارسال می شود. نوار 2 که از قرقره 1 باز می شود، در حمام 3 شسته شده و چربی زدایی می شود و با یک فتوریست در حمام 4 اعمال می شود، در واحد 5 با لامپ ماوراء بنفش 7 در معرض دید قرار می گیرد. نقش ماسک در واحد توسط نوار 6 که به طور پیوسته به طور همزمان حرکت می کند انجام می شود. با نوار 2. سپس نوارها در حمام های 8 و 9 شسته می شوند. سیم های قاب 2 (شکل 10، a) و سوراخ ها در حمام 10 حک می شوند. لایه مقاوم به نور در حمام 11 برداشته می شود و نوار در خروجی خشک می شود. . سوراخ های به دست آمده برای کشش و حرکت نوار با کمک ستاره 12 استفاده می شود. در نصب 13، یک نوار انتقال با یک لایه شیشه لحیم کاری در دو طرف نوار سربی چسبانده شده است. سیستم حاصل شلیک می شود، لایه چسب می سوزد و شیشه به فلز نوار اصلی لحیم می شود (شکل 10، ب). خنک‌سازی تا دمای اتاق در محفظه 14 انجام می‌شود. با استفاده از دستگاه 15، نوارهای پوشاننده با پنجره‌ها روی لایه‌های شیشه‌ای چسبانده می‌شوند، که از طریق آن حفره‌ها در حمام 16 حک می‌شوند تا لیدهای داخلی شناسایی شوند (شکل 10، f).

پ
بلوک های بدنه به دست آمده از نوارهای فلزی و شیشه ای به حمام 17 برای طلاکاری سرنخ ها وارد می شوند. در دستگاه 18، نوار به قطعاتی با کیس بریده می شود که از طریق نوار نقاله 19 به مجموعه تغذیه می شود. یک کریستال با ساختارهای آماده با کمک برآمدگی های توپ به سیستم ترمینال داخل بسته حاصل با استفاده از روش نصب معکوس، رو به پایین (شکل 10، د) متصل می شود. پوشش در یک محیط محافظ با قطعات نوار کووار 7 مهر و موم شده است که با استفاده از شیشه گرم شده توسط ابزار به پایه لحیم شده است (شکل 10، e). ریز مدار به دست آمده در شکل نشان داده شده است. 10، ه

برنج. 9. روبان انتقال:

1-لایه حامل؛ 2-لایه انتقال؛ 3-لایه چسب؛ 4-کاغذ آزاد

آر

است. 10. طرح مونتاژ خودکار آی سی ها روی نوار:

1-نوار حامل؛ 2- نتیجه گیری (پس از اچ کردن). 3- سوراخ برای حرکت نوار; نوار لحیم کاری 4 شیشه ای; بسته آی سی 5 حفره; 6-کریستال با ساختارهای تمام شده؛ 7 - بدن؛ 8 درب؛ 9-ابزار گرمایشی

وزارت آموزش و پرورش فدراسیون روسیه

گروه: "مهندسی الکترونیک".

پروژه دوره

مونتاژ دستگاه های نیمه هادی و مدارهای مجتمع

تکمیل شده: st-t gr. EPU - 32

کوزاچوک ویتالی میخایلوویچ

بررسی شده توسط: دانشیار

شومارین ویکتور پراکوفیویچ

ساراتوف 2000

مونتاژ دستگاه های نیمه هادی

و ریز مدار یکپارچه

ویژگی های فرآیند مونتاژ

مونتاژ دستگاه های نیمه هادی و مدارهای مجتمع زمان برترین و مسئولیت پذیرترین مرحله فناوری در چرخه کلی ساخت آنها است. پایداری پارامترهای الکتریکی و قابلیت اطمینان محصولات نهایی تا حد زیادی به کیفیت عملیات مونتاژ بستگی دارد.

مرحله مونتاژ پس از اتمام پردازش گروهی ویفرهای نیمه هادی با استفاده از فناوری مسطح و جداسازی آنها به عناصر منفرد (کریستال) آغاز می شود. این بلورها می توانند ساده ترین ساختار (دیود یا ترانزیستور) را داشته باشند یا شامل یک مدار مجتمع پیچیده (با تعداد زیادی عناصر فعال و غیر فعال) باشند و به مجموعه ای از ترکیبات گسسته، هیبریدی یا یکپارچه برسند.

دشواری فرآیند مونتاژ در این واقعیت نهفته است که هر دسته از دستگاه‌ها و آی‌سی‌های مجزا ویژگی‌های طراحی خاص خود را دارند که به عملیات مونتاژ و حالت‌های اجرای آن‌ها به خوبی تعریف شده نیاز دارند.

فرآیند مونتاژ شامل سه عملیات تکنولوژیکی اصلی است: اتصال یک کریستال به پایه کیس. اتصال حامل جریان منجر به عناصر فعال و غیرفعال کریستال نیمه هادی به عناصر داخلی کیس می شود. آب بندی کریستال از محیط خارجی

چسباندن کریستال به پایه کیس

اتصال یک تراشه دستگاه نیمه هادی یا آی سی به پایه بسته با استفاده از فرآیندهای لحیم کاری، همجوشی با استفاده از آلیاژهای یوتکتیک و چسب انجام می شود.

لازمه اصلی عملیات اتصال کریستال، ایجاد ارتباط بین کریستال و پایه بدنه است که دارای استحکام مکانیکی بالا، رسانایی الکتریکی و حرارتی خوبی باشد.

لحیم کاری- فرآیند اتصال دو قسمت مختلف به یکدیگر بدون ذوب شدن آنها با استفاده از جزء سوم به نام لحیم کاری. یکی از ویژگی های فرآیند لحیم کاری این است که لحیم کاری در هنگام تشکیل یک اتصال لحیم کاری در حالت مایع است و قطعاتی که باید به یکدیگر متصل شوند در حالت جامد هستند.

ماهیت فرآیند لحیم کاری به شرح زیر است. اگر پدهای لحیم کاری بین قطعاتی که قرار است به هم متصل شوند قرار داده شود و کل ترکیب تا دمای ذوب لحیم گرم شود، سه فرآیند فیزیکی زیر انجام می شود. ابتدا لحیم مذاب سطوح قطعاتی که باید به هم متصل شوند خیس می شود. علاوه بر این، در مکان های خیس شده، فرآیندهای تعامل بین اتمی بین لحیم کاری و هر یک از دو ماده خیس شده توسط آن انجام می شود. هنگام خیس شدن، دو فرآیند ممکن است: انحلال متقابل مواد خیس شده و لحیم کاری یا انتشار متقابل آنها. پس از خنک شدن ترکیب گرم شده، لحیم کاری جامد می شود. این یک اتصال لحیم کاری قوی بین مواد خام و لحیم کاری ایجاد می کند.

فرآیند لحیم کاری به خوبی درک شده، ساده است و نیازی به تجهیزات پیچیده و گران قیمت ندارد. در تولید سریالی محصولات الکترونیکی، لحیم کاری کریستال های نیمه هادی به پایه کیس ها در کوره های نقاله با بهره وری بالا انجام می شود. لحیم کاری در یک محیط کاهنده (هیدروژن) یا خنثی (نیتروژن، آرگون) انجام می شود. کاست های چند محله در کوره بارگذاری می شوند که در آن پایه های کیس ها، قسمت های لحیم کاری و کریستال های نیمه هادی به طور مقدماتی قرار می گیرند. هنگامی که تسمه نقاله حرکت می کند، نوار کاست با قطعاتی که باید به یکدیگر متصل شوند به طور متوالی از مناطق گرمایش، دمای ثابت و سرمایش عبور می کند. سرعت حرکت کاست و رژیم دما مطابق با ویژگی های فنی و طراحی یک نوع خاص از دستگاه نیمه هادی یا آی سی تنظیم و تنظیم می شود.

در کنار کوره های نوار نقاله برای لحیم کاری کریستال نیمه هادی به پایه محفظه، از تاسیساتی استفاده می شود که دارای یک موقعیت گرمایشی جداگانه هستند که تنها یک قسمت از محفظه (پایه) و یک کریستال نیمه هادی روی آن نصب می شود. هنگام کار بر روی چنین نصبی، اپراتور با استفاده از یک دستکاری، کریستال را روی پایه کیس قرار می دهد و به طور مختصر واحدی را که قرار است متصل شود گرم می کند. یک گاز بی اثر به منطقه گرمایش عرضه می شود. این روش اتصال قطعات، به شرطی که سطوح کریستال مورد اتصال و پایه کیس از قبل قلع کاری شده باشد، نتایج خوبی به همراه دارد.

فرآیند اتصال کریستال توسط لحیم کاری به دو دسته دمای پایین (تا 400 درجه سانتیگراد) و دمای بالا (بالای 400 درجه سانتیگراد) تقسیم می شود. به عنوان لحیم کاری در دمای پایین، از آلیاژهای مبتنی بر سرب و قلع با افزودنی (تا 2٪) آنتیموان یا بیسموت استفاده می شود. افزودن آنتیموان یا بیسموت به لحیم قلع سرب این امکان را فراهم می کند که از ظهور "طاعون قلع" در دستگاه ها و آی سی های تمام شده در طول کار و ذخیره طولانی مدت آنها جلوگیری شود. لحیم کاری های با دمای بالا بر اساس نقره (PSr-45، PSr-72 و غیره) ساخته می شوند.

فرآیند لحیم کاری و کیفیت اتصال لحیم به دست آمده قطعات به شدت تحت تأثیر خلوص سطوح فلزی در حال اتصال و لحیم کاری مورد استفاده، ترکیب جو فرآیند کار و وجود شار است.

فرآیند لحیم کاری گسترده ترین کاربرد را در مونتاژ دستگاه های نیمه هادی گسسته (دیود، ترانزیستور، تریستور و غیره) پیدا می کند. این با این واقعیت توضیح داده می شود که فرآیند لحیم کاری باعث می شود که تماس الکتریکی و حرارتی خوبی بین کریستال نیمه هادی و نگهدارنده کریستال مسکن به دست آید و ناحیه اتصال تماس می تواند بسیار بزرگ باشد (برای دستگاه های با قدرت بالا).

فرآیند لحیم کاری زمانی که یک کریستال نیمه هادی از یک منطقه بزرگ بر روی پایه یک مورد مسی ثابت می شود، جایگاه ویژه ای را اشغال می کند. در این مورد، برای کاهش تنش های ترمومکانیکی ناشی از تفاوت در ضرایب انبساط حرارتی مواد نیمه هادی و جبران کننده های حرارتی مس، مولیبدن و مولیبدن- تنگستن به طور گسترده ای استفاده می شود که مساحتی برابر با مساحت یک کریستال نیمه هادی دارند. TC ل-نزدیک به TK لنیمه هادی. چنین ترکیب پیچیده چند مرحله ای با دو لایه لحیم کاری با موفقیت در مونتاژ دستگاه های نیمه هادی با توان متوسط ​​و بالا استفاده می شود.

فرآیند لحیم کاری در طول مونتاژ مدارهای مجتمع با استفاده از فناوری "کریستال برگردان" توسعه یافت. این فناوری برای ایجاد مقدماتی در سمت مسطح یک کریستال با یک آی سی از "سرنخ های توپ" یا "برآمدگی های تماسی"، که غده های مسی هستند که با لحیم کاری یا قلع پوشانده شده اند، فراهم می کند. چنین کریستالی بر روی سطح بستر یا روی پایه محفظه قرار می گیرد تا غده ها در مناطق خاصی با آن در تماس باشند. بنابراین، کریستال برمی گردد و سمت مسطح آن، از طریق توبرکل ها، با سطح پایه کیس تماس می گیرد.

با گرم کردن کوتاه مدت چنین ترکیبی، اتصال قوی برآمدگی های تماس کریستال نیمه هادی با پایه محفظه رخ می دهد. لازم به ذکر است که قسمت هایی از سطح بدن که "برآمدگی ها" با آنها در تماس هستند نیز به طور مقدماتی قلع بندی شده اند. بنابراین در لحظه گرم شدن لحیم پایه بدنه به لحیم برآمدگی های تماسی متصل می شود.

روی انجیر یکی، ولیگونه‌ای از اتصال یک تراشه آی‌سی با برآمدگی‌های تماس مسی قلع‌شده به یک زیرلایه نشان داده شده است. این طراحی سرنخ ها از پخش شدن لحیم بر روی بستر نمی ترسد. وجود یک برآمدگی قارچی شکل بالا، شکاف لازم را بین کریستال نیمه هادی و بستر در هنگام ذوب لحیم فراهم می کند. این امکان اتصال کریستال به بستر را با درجه بالایی از دقت فراهم می کند.

روی انجیر یکی، که درگونه ای از مونتاژ کریستال ها با برجستگی های نرم ساخته شده از لحیم قلع سرب نشان داده شده است.

اتصال چنین کریستالی به پایه محفظه با گرمایش معمولی بدون فشار اضافی روی کریستال انجام می شود. لحیم کاری برآمدگی های تماسی در حین گرم شدن و ذوب شدن بر روی سطح بخش های قلع دار پایه بدنه به دلیل نیروهای کشش سطحی پخش نمی شود. علاوه بر این، شکاف خاصی بین کریستال و بستر ایجاد می کند.

روش در نظر گرفته شده برای اتصال کریستال های آی سی به پایه کیس یا هر بردی امکان مکانیزه کردن و اتوماسیون فرآیند مونتاژ را تا حد زیادی ممکن می سازد.

سطح بندی با استفاده از آلیاژهای یوتکتیکاین روش برای اتصال تراشه های نیمه هادی به پایه بسته بندی بر اساس تشکیل یک ناحیه مذاب است که در آن لایه سطحی مواد نیمه هادی و لایه فلزی پایه بسته بندی حل می شود.

دو آلیاژ یوتکتیک به طور گسترده در صنعت استفاده می شود: طلا-سیلیکون (نقطه ذوب 370 درجه سانتی گراد) و طلا-ژرمانیوم (نقطه ذوب 356 درجه سانتی گراد). فرآیند اتصال یوتکتیک کریستال به پایه محفظه دارای دو نوع است. نوع اول مبتنی بر استفاده از یک واشر ساخته شده از آلیاژ یوتکتیک است که بین عناصر متصل قرار دارد: کریستال و کیس. در این نوع اتصال، سطح پایه محفظه باید به صورت یک لایه نازک طلایی شود و سطح تراشه نیمه هادی ممکن است طلاکاری نشده باشد (برای سیلیکون و ژرمانیوم) یا با لایه نازک پوشانده شود. لایه ای از طلا (در مورد سایر مواد نیمه هادی که متصل شده اند). هنگامی که چنین ترکیبی تا دمای ذوب آلیاژ یوتکتیک گرم می شود، یک منطقه مایع بین عناصر متصل (پایه کریستالی بدن) تشکیل می شود. در این منطقه مایع، از یک طرف، انحلال لایه مواد نیمه هادی کریستال (یا لایه طلای رسوب شده بر روی سطح کریستال).

پس از خنک شدن کل سیستم (پایه بدنه یک کریستال یوتکتیک مذاب-نیمه هادی است)، ناحیه مایع آلیاژ یوتکتیک جامد می شود و محلول جامد در مرز آلیاژ نیمه هادی-یوتکتیک تشکیل می شود. در نتیجه این فرآیند، یک اتصال مکانیکی قوی از مواد نیمه هادی با پایه بسته ایجاد می شود.

نوع دوم اتصال یوتکتیک کریستال به پایه محفظه معمولاً برای کریستال های سیلیکون یا ژرمانیوم اجرا می شود. بر خلاف نوع اول، واشر آلیاژی یوتکتیک برای اتصال کریستال استفاده نمی شود. در این حالت، ناحیه مایع مذاب یوتکتیک در نتیجه گرم کردن ترکیب پایه طلاکاری شده کریستال بدن-سیلیکون (یا ژرمانیوم) تشکیل می شود. بیایید نگاهی دقیق تر به این روند بیندازیم. اگر یک کریستال سیلیکونی بدون پوشش طلا بر روی سطح پایه کیس که دارای لایه نازکی از روکش طلا است قرار داده شود و کل سیستم تا دمای 40 تا 50 درجه سانتیگراد بالاتر از دمای کیس گرم شود. یوتکتیک طلا-سیلیکون، سپس یک فاز مایع از ترکیب یوتکتیک بین عناصر متصل تشکیل می شود. از آنجایی که فرآیند آلیاژسازی لایه طلا با سیلیکون غیرتعادلی است، مقدار سیلیکون و طلای محلول در ناحیه مایع با توجه به ضخامت پوشش طلا، دما و زمان فرآیند آلیاژسازی تعیین می شود. در نوردهی به اندازه کافی طولانی و دمای ثابت، فرآیند آلیاژ طلا با سیلیکون به حالت تعادل نزدیک می شود و با حجم ثابت فاز مایع طلا-سیلیکون مشخص می شود. وجود مقدار زیادی از فاز مایع می تواند منجر به خروج آن از زیر کریستال سیلیکون به اطراف آن شود. در طول انجماد، یوتکتیک نشت‌شده منجر به تشکیل تنش‌ها و پوسته‌های مکانیکی به اندازه کافی بزرگ در ساختار کریستالی سیلیکونی می‌شود که به شدت استحکام ساختار آلیاژی را کاهش می‌دهد و پارامترهای الکتریکی آن را بدتر می‌کند.

در حداقل مقادیر زمان و دما، همجوشی طلا با سیلیکون به طور یکنواخت در کل منطقه تماس بین کریستال و پایه کیس رخ نمی‌دهد، بلکه فقط در نقاط جداگانه آن اتفاق می‌افتد.

در نتیجه استحکام اتصال آلیاژی کاهش می یابد، مقاومت الکتریکی و حرارتی کنتاکت افزایش می یابد و قابلیت اطمینان آرماتور حاصل کاهش می یابد.

وضعیت سطوح عناصر به هم پیوسته اصلی تأثیر بسزایی در فرآیند همجوشی یوتکتیک دارد. وجود آلاینده ها بر روی این سطوح منجر به بدتر شدن خیس شدن سطوح در تماس با فاز مایع و انحلال ناهموار می شود.

چسباندنفرآیندی از اتصال عناصر به یکدیگر، بر اساس خواص چسبندگی برخی از مواد، که به دست آوردن اتصالات مکانیکی قوی بین کریستال های نیمه هادی و پایه های محفظه (فلز، شیشه یا سرامیک) امکان پذیر است. استحکام اتصال با نیروی چسب بین چسب و سطوح چسبنده عناصر تعیین می شود.

اتصال عناصر مختلف مدارهای مجتمع امکان اتصال طیف گسترده ای از مواد را در ترکیبات مختلف، ساده سازی طراحی مجموعه، کاهش جرم آن، کاهش مصرف مواد گران قیمت، اجتناب از استفاده از لحیم کاری و آلیاژهای یوتکتیک و ساده سازی بسیار فراهم می کند. فرآیندهای فناورانه مونتاژ پیچیده ترین دستگاه های نیمه هادی و آی سی ها.

در نتیجه چسباندن، می توان اتصالات و ترکیبات پیچیده با خواص عایق الکتریکی، نوری و رسانایی به دست آورد. اتصال قالب ها به پایه بسته با استفاده از فرآیند چسباندن برای مونتاژ و نصب عناصر مدار ترکیبی، یکپارچه و اپتوالکترونیک ضروری است.

هنگام چسباندن کریستال ها به پایه محفظه ها از انواع مختلفی از چسب ها استفاده می شود: عایق، رسانا، رسانای نور و رسانای گرما. با توجه به فعالیت برهمکنش بین چسب و سطوحی که قرار است چسبانده شوند، قطبی (بر اساس رزین های اپوکسی) و غیر قطبی (بر اساس پلی اتیلن) ​​متمایز می شوند.

کیفیت فرآیند چسباندن تا حد زیادی نه تنها به خواص چسب، بلکه به وضعیت سطوح عناصری که باید چسبانده شوند نیز بستگی دارد. برای به دست آوردن یک اتصال قوی، لازم است سطوحی که باید چسبانده شوند، به دقت پردازش و تمیز شوند. دما نقش مهمی در فرآیند پیوند دارد. بنابراین، هنگام چسباندن عناصر ساختاری که در عملیات‌های تکنولوژیکی بعدی در معرض دمای بالا قرار نمی‌گیرند، می‌توان از چسب‌های پخت سرد مبتنی بر اپوکسی استفاده کرد. برای چسباندن کریستال های سیلیکون به پایه های فلزی یا سرامیکی محفظه ها، معمولاً از چسب VK-2 استفاده می شود که محلولی از رزین سیلیسی ارگانیک در یک حلال آلی با آزبست ریز پراکنده به عنوان پرکننده فعال یا VK-32-200 است که در آن شیشه یا کوارتز به عنوان پرکننده استفاده می شود.

فرآیند فن آوری چسباندن کریستال های نیمه هادی در کاست های مونتاژ ویژه ای انجام می شود که جهت گیری مورد نظر کریستال را روی پایه کیس و فشار دادن لازم آن به پایه را فراهم می کند. کاست های مونتاژ شده، بسته به ماده چسب مورد استفاده، تحت عملیات حرارتی خاصی قرار می گیرند یا در دمای اتاق نگهداری می شوند.

گروه های ویژه چسب های رسانای الکتریکی و نوری هستند که برای چسباندن عناصر و مجموعه های آی سی های هیبریدی و اپتوالکترونیک استفاده می شوند. چسب های رسانا ترکیباتی بر پایه رزین های اپوکسی و ارگانوسیلیکن با افزودن پودرهای نقره یا نیکل هستند. در این میان پرکاربردترین چسب ها عبارتند از AS-40V، EK-A، EK-B، K-3، EVT و KN-1 که مایعات خمیری با مقاومت الکتریکی خاص 0.01-0.001 اهم سانتی متر و برد هستند. دمای کار از -60 تا +150 درجه سانتیگراد. چسب های نوری مشمول الزامات اضافی برای مقدار ضریب شکست و انتقال نور هستند. پرکاربردترین چسب های نوری OK.-72 F, OP-429, OP-430, OP-ZM.

پین های اتصال

در دستگاه‌های نیمه‌رسانا و مدارهای مجتمع مدرن، که اندازه پدهای تماس چند ده میکرومتر است، فرآیند اتصال سرب یکی از زمان‌برترین عملیات تکنولوژیکی است.

در حال حاضر از سه نوع جوش برای اتصال لیدها به لنت های تماس مدارهای مجتمع استفاده می شود: ترمو فشرده سازی، الکتروکنتاکت و اولتراسونیک.

جوشکاری ترمو فشردهبه شما امکان می دهد سیم های الکتریکی را با ضخامت چند ده میکرومتر به کنتاکت های اهمی کریستال هایی با قطر حداقل 20-50 میکرون وصل کنید و سیم برق را می توان مستقیماً بدون پوشش فلزی میانی به سطح نیمه هادی متصل کرد. به شرح زیر است. یک سیم نازک طلایی یا آلومینیومی روی کریستال اعمال می شود و با یک میله گرم شده فشرده می شود. پس از قرار گرفتن در معرض کوتاه، سیم محکم به سطح کریستال می‌چسبد. چسبندگی به این دلیل اتفاق می افتد که حتی در فشارهای خاص کم که بر روی یک کریستال نیمه هادی تأثیر می گذارد و باعث تخریب آن نمی شود، فشار موضعی در ریز برآمدگی ها روی سطح می تواند بسیار زیاد باشد. این منجر به تغییر شکل پلاستیکی برآمدگی‌ها می‌شود که با حرارت دادن به دمای کمتر از دمای یوتکتیک برای یک فلز و نیمه‌رسانا مشخص، که هیچ تغییری در ساختار کریستالی ایجاد نمی‌کند، تسهیل می‌شود. تغییر شکل (نشت) مداوم ریزبرآمدگی ها و ریزحفره ها باعث چسبندگی قوی و تماس قابل اعتماد ناشی از نیروهای چسبنده واندروالس می شود و با افزایش دما، احتمال پیوند شیمیایی بین موادی که به هم متصل می شوند، بیشتر می شود. جوشکاری تراکمی حرارتی دارای مزایای زیر است:

الف) قطعات بدون ذوب مواد جوش داده شده به هم متصل می شوند.

ب) فشار خاص اعمال شده به کریستال منجر به آسیب مکانیکی به مواد نیمه هادی نمی شود.

ج) اتصالات بدون آلودگی به دست می آیند، زیرا از لحیم کاری و شار استفاده نمی شود.

از معایب آن می توان به بهره وری پایین فرآیند اشاره کرد.

جوشکاری ترموکمپرسی را می توان با همپوشانی و اتصالات لب به لب انجام داد. هنگام جوشکاری با یک همپوشانی، یک سیم سیم برق، همانطور که اشاره شد، روی صفحه تماس یک کریستال نیمه هادی قرار داده می شود و با ابزار خاصی روی آن فشار داده می شود تا سرب تغییر شکل دهد. محور خروجی سیم در حین جوشکاری موازی با صفحه صفحه تماس است. هنگام جوشکاری لب به لب، سرب سیم به لبه تماس جوش داده می شود. محور سیم سیم در نقطه اتصال عمود بر صفحه صفحه تماس است.

جوش لبه ای اتصال قوی کریستال نیمه هادی را با سیم های سیم ساخته شده از طلا، آلومینیوم، نقره و سایر فلزات انعطاف پذیر و جوش لب به لب فقط با سرب های طلا فراهم می کند. ضخامت سیم ها می تواند 15-100 میکرومتر باشد.

می توانید سرب ها را هم به کریستال های نیمه هادی خالص و هم به لنت های تماسی که با لایه ای از طلای پاشیده یا آلومینیوم پوشانده شده اند وصل کنید. هنگام استفاده از سطوح کریستالی تمیز، مقاومت تماس افزایش می یابد و پارامترهای الکتریکی دستگاه ها خراب می شود.

عناصری که در معرض جوشکاری ترموفشاری قرار دارند، تحت پردازش تکنولوژیکی خاصی قرار می گیرند. سطح یک کریستال نیمه هادی که با لایه ای از طلا یا آلومینیوم پوشانده شده است، چربی زدایی می شود.

سیم طلا بسته به روش اتصال قطعات در دمای 300-600 درجه سانتیگراد به مدت 5-20 دقیقه آنیل می شود. سیم آلومینیوم در محلول هیدروکسید سدیم اشباع شده در دمای 80 درجه سانتیگراد به مدت 1-2 دقیقه ترشی شده و در آب مقطر شسته شده و خشک می شود.

پارامترهای اصلی حالت جوشکاری ترمو فشرده عبارتند از فشار خاص، دمای حرارت و زمان جوش.فشار خاص بسته به تنش تراکمی مجاز کریستال نیمه هادی و تغییر شکل مجاز ماده سرب جوش داده شده انتخاب می شود. زمان جوشکاری به صورت تجربی انتخاب می شود.

جایی که د- قطر سیم، میکرون؛ ب- عرض اتصال، میکرون

فشار روی ابزار بر اساس توزیع تنش ها در مرحله تکمیل تغییر شکل تعیین می شود:

جایی که آضریب مشخص کننده تغییر در تنش ها در فرآیند تغییر شکل سیم؛ f- کاهش ضریب اصطکاک که اصطکاک بین ابزار، سیم و بستر را مشخص می کند. - تغییر شکل نسبی؛ - قدرت تسلیم مواد سیم در دمای تغییر شکل. د- قطر سیم؛ دی- قطر ابزار گیره معمولا برابر با (2÷3) د

برنج. 2. نوموگرام برای انتخاب حالت های جوشکاری ترمو فشرده:

ولی- سیم طلا با فیلم آلومینیومی؛ ب- سیم آلومینیومی با فیلم آلومینیومی

روی انجیر شکل 2 نوموگرام حالت های جوشکاری حرارتی مفتول طلا (a) و آلومینیوم (b) با لنت های تماس آلومینیومی را نشان می دهد. این نوموگرام ها انتخاب بهینه رابطه بین فشار، دما و زمان را امکان پذیر می کنند.

جوشکاری ترمو فشرده انواع مختلفی دارد که می توان آنها را طبقه بندی کرد با توجه به روش گرمایش، با توجه به روش اتصال، با توجه به شکل ابزار.با توجه به روش گرمایش، جوشکاری ترمو فشرده با گرمایش جداگانه سوزن، کریستال یا پانچ و همچنین با حرارت دادن همزمان دو مورد از این عناصر متمایز می شود. با توجه به روش اتصال، جوشکاری ترمو فشرده می تواند لب به لب و همپوشانی باشد. با توجه به شکل ابزار، "منقار پرنده"، "گوه"، "مویرگی" و "سوزن" متمایز می شود (شکل 14.3).

هنگام جوشکاری با ابزار "منقار پرنده"، همان دستگاه سیم را تغذیه کرده، آن را به لنت های تماس مدار مجتمع متصل می کند و بدون اینکه آن را از "منقار" رها کند، به طور خودکار می شکند. ابزار به شکل یک "گوه" انتهای سیم را به زیرلایه فشار می دهد، در حالی که تمام سیم به داخل فشرده نمی شود، بلکه فقط قسمت مرکزی آن فشرده می شود. هنگام جوشکاری با "ابزار مویرگی" سیم از آن عبور می کند. نوک مویرگی به طور همزمان به عنوان ابزاری عمل می کند که فشار را به سیم منتقل می کند. هنگام جوشکاری با "سوزن"، انتهای سیم سیم توسط مکانیزم خاصی به منطقه جوش وارد می شود و روی صفحه تماس قرار می گیرد و سپس با یک سوزن با نیروی خاصی فشار می یابد.

برنج. 3. انواع ابزار جوشکاری ترموکمپرسی:

ولی- "منقار پرنده"؛ ب- "گوه"؛ که در- "مویرگی"؛ جی- "سوزن"

برای انجام فرآیند جوشکاری ترمو فشرده از تاسیسات مختلفی استفاده می شود که اجزای اصلی آن عبارتند از: میز کار با یا بدون ستون گرمایش، مکانیزم ایجاد فشار بر روی ترمینال متصل، ابزار کار، مکانیزم تغذیه و سیم شکستن برای پایانه ها، مکانیزمی برای تغذیه کریستال ها یا قطعاتی که به آنها کریستال متصل است. مکانیزمی برای ترکیب عناصر متصل، یک سیستم نوری برای مشاهده بصری فرآیند جوشکاری، واحدهای قدرت و کنترل. همه گره های ذکر شده می توانند طراحی متفاوتی داشته باشند، اما اصل طراحی آنها و ماهیت کار انجام شده یکسان است.

بنابراین، میز کار تمام تاسیسات برای ثابت کردن کریستال یا بسته مدار مجتمع در یک موقعیت خاص عمل می کند. به طور معمول، میز کار واحدهای ترمو فشرده سازی قابل تعویض است، که امکان تثبیت کریستال ها با اندازه های مختلف و اشکال هندسی را فراهم می کند. ستون گرمایش برای گرم کردن کریستال ها یا کیس ها تا دمای مورد نیاز استفاده می شود و به شما امکان می دهد آن را در دمای 50-500 درجه سانتی گراد با دقت تنظیم +5 درجه سانتی گراد تنظیم کنید. مکانیسم تولید فشار برای فشار دادن سرب به ناحیه تماس کریستال طراحی شده است و تنظیم نیرو از 0.01 تا 5 نیوتن را با دقت 5±٪ فراهم می کند. ابزار کار یکی از اجزای اصلی واحد ترمو فشرده سازی است. از آلیاژهای سخت مانند VK-6M، VK-15 (برای ابزار "منقار پرنده" و "مویرگی") ساخته شده است.

یا از کوراندوم مصنوعی (برای "گوه" و "سوزن"). طراحی مکانیزم تغذیه و پارگی سیم به نوع نصب و شکل ابزار کار بستگی دارد. دو روش جداسازی وجود دارد که بیشتر مورد استفاده قرار می گیرد. اهرمی و الکترومغناطیسی. فرآیند پاره کردن سیم پس از ساخت یک اتصال فشرده سازی حرارتی بر روی یک تراشه مدار مجتمع بدون نقض قدرت آن تا حد زیادی به ویژگی های طراحی مکانیسم بستگی دارد. مکانیسم تامین کریستال ها یا قطعات به محل جوشکاری، گیره های معمولی یا کاست های پیچیده است که بر روی میز کار نصب شده اند. بیشترین بهره وری زمانی حاصل می شود که از کاست هایی با نوار فلزی استفاده می شود که روی آن کیس ها یا کریستال ها به طور مقدماتی در یک صفحه معین و در یک موقعیت خاص قرار گرفته اند. مکانیسم هم ترازی معمولاً شامل دستکاری‌هایی است که به کریستال اجازه می‌دهد تا زمانی که با عناصر متصل تراز شود حرکت کند. معمولا از دو نوع دستکاری استفاده می شود: اهرمی و پانتوگراف. سیستم نوری مشاهده بصری از یک میکروسکوپ دوچشمی یا یک صفحه نمایش بزرگنمایی تشکیل شده است. بسته به اندازه عناصر متصل، بزرگنمایی سیستم نوری از 10 تا 100 برابر انتخاب می شود.

جوشکاری تماس الکتریکیبرای اتصال سرب های فلزی به لنت های تماس کریستال های نیمه هادی و مدارهای مجتمع استفاده می شود. ماهیت فیزیکی فرآیند جوشکاری تماس الکتریکی، حرارت دادن عناصری است که باید در نواحی محلی کاربرد الکترود به یکدیگر متصل شوند. گرمایش مناطق محلی عناصر متصل به دلیل حداکثر مقاومت الکتریکی است که در نقاط تماس ماده با الکترودها هنگام عبور جریان الکتریکی از الکترودها رخ می دهد. پارامترهای اصلی فرآیند جوشکاری تماس الکتریکی عبارتند از مقدار جریان جوشکاری، میزان افزایش جریان، زمان قرار گرفتن در معرض جریان با عناصری که باید متصل شوند و نیروی فشار دادن الکترودها به قطعاتی که قرار است متصل شوند.

در حال حاضر از دو روش جوشکاری مقاومت الکتریکی برای اتصال لیدها به لنت های تماس کریستال های مدار مجتمع استفاده می شود: با آرایش یک طرفه دو الکترود و با آرایش یک طرفه یک الکترود دوتایی.روش دوم با روش اول متفاوت است در این که الکترودهای کار به شکل دو عنصر حامل جریان ساخته می شوند که توسط یک اسپیسر عایق از یکدیگر جدا شده اند. در لحظه فشار دادن چنین الکترودی به سیم سیم و عبور جریان الکترود از سیستم تشکیل شده، مقدار زیادی گرما در نقطه تماس آزاد می شود. فشار خارجی در ترکیب با حرارت دادن قطعات تا دمای پلاستیسیته یا ذوب شدن منجر به اتصال قوی آنها می شود.

تجهیزات تکنولوژیکی برای اتصال لیدها با جوش الکتروکنتاکت شامل اجزای اصلی زیر می باشد: میز کار، مکانیزم ایجاد فشار بر روی الکترود، مکانیزم تغذیه و برش سیم، ابزار کار، مکانیزم تغذیه کریستال یا کیس با کریستال، مکانیزم ترکیب عناصر متصل، فرآیند جوشکاری سیستم مشاهده بصری نوری، واحدهای قدرت و کنترل. از میز کار برای قرار دادن کریستال یا کیس هایی با کریستال روی آن استفاده می شود. مکانیسم ایجاد فشار بر روی الکترود به شما امکان اعمال نیروی 0.1-0.5 نیوتن را می دهد. اصل عملکرد مکانیسم تغذیه و برش سیم بر اساس حرکت سیم از طریق سوراخ مویرگی و قطع آن با یک اهرم است. چاقو شکل و جنس ابزار کار تاثیر زیادی بر کیفیت و بهره وری فرآیند جوشکاری فلاش دارد. به طور معمول، قسمت کار نوک الکترود به شکل یک هرم کوتاه است و از مواد با استحکام بالا بر اساس کاربید تنگستن گرید VK-8 ساخته شده است. مکانیسم تغذیه کریستال شامل مجموعه ای از کاست ها است و مکانیسم تراز شامل سیستمی از دستکاری کننده ها است که به شما امکان می دهد کریستال را در موقعیت مورد نظر قرار دهید. یک سیستم مشاهده بصری نوری از یک میکروسکوپ یا یک پروژکتور تشکیل شده است. واحد منبع تغذیه و کنترل به شما این امکان را می دهد که حالت عملیات جوشکاری را تنظیم کنید و هنگام تغییر نوع کریستال و مواد خروجی آن را بازسازی و تنظیم کنید.

جوشکاری اولتراسونیک،مورد استفاده برای اتصال لیدها به لنت های تماس دستگاه های نیمه هادی و مدارهای مجتمع دارای مزایای زیر است: عدم گرم شدن عناصر متصل، زمان جوش کوتاه، امکان جوشکاری مواد غیر مشابه و سخت جوش. عدم وجود گرمایش به شما این امکان را می دهد که بدون ذوب قطعاتی که قرار است جوش داده شوند، اتصالات را به دست آورید. زمان کوتاه جوشکاری افزایش بهره وری از فرآیند مونتاژ را ممکن می سازد.

مکانیسم ایجاد اتصال بین یک ترمینال و یک پد تماس در طول جوشکاری اولتراسونیک با تغییر شکل پلاستیک، حذف آلودگی، خود انتشار و نیروهای کشش سطحی تعیین می شود. فرآیند جوشکاری اولتراسونیک با سه پارامتر اصلی مشخص می شود: دامنه و فرکانس ارتعاشات اولتراسونیک، مقدار فشار اعمال شده و زمان فرآیند جوشکاری. ^ تاسیسات جوشکاری اولتراسونیک از واحدهای اصلی زیر تشکیل شده است: میز کار، مکانیزم ایجاد فشار، مکانیزم تغذیه قطعات سیم H، دستگاه جوش اولتراسونیک و سیستم نوری.

آب بندی کریستال

پس از اینکه کریستال نیمه هادی جهت گیری و بر روی پایه کیس ثابت شد و سرب ها به لنت های تماس آن متصل شدند، باید از نفوذ محیط محافظت شود، یعنی پوسته ای مهر و موم شده و از نظر مکانیکی محکم در اطراف آن ایجاد شود. چنین پوسته ای را می توان با چسباندن یک پوشش (سیلندری) مخصوص به پایه کیس ایجاد کرد که کریستال نیمه هادی را می پوشاند و آن را از محیط خارجی جدا می کند و یا با پوشاندن پایه کیس با کریستال نیمه هادی که روی آن قرار دارد. با پلاستیک که کریستال را نیز از محیط جدا می کند.

لحیم کاری، تماس الکتریکی و جوش سرد به طور گسترده برای اتصال هرمتیک پایه کیس با درب یا سیلندر (نسخه مجزا از دستگاه های نیمه هادی) و ریختن، پوشاندن و چین دادن با پلاستیک برای مهر و موم کردن کریستال روی نگهدارنده استفاده می شود.

لحیم کاری.لحیم کاری برای آب بندی دستگاه های مجزا و آی سی ها استفاده می شود. این فرآیند بیشترین کاربرد عملی را در مونتاژ و آب بندی کیس های دیود و ترانزیستور پیدا کرده است. عناصر ساختاری کیس ها شامل واحدها و بلوک های جداگانه ای است که بر اساس فرآیندهای لحیم کاری به دست می آیند: فلز به فلز، فلز به سرامیک و فلز به شیشه. این نوع لحیم کاری را در نظر بگیرید.

لحیم کاری فلز به فلزقبلاً در §2 در نظر گرفته شده است. بنابراین، در اینجا ما فقط بر روی ویژگی های تکنولوژیکی مرتبط با تولید اتصالات لحیم کاری مهر و موم شده تمرکز خواهیم کرد.

عناصر اصلی اتصال لحیم کاری هنگام آب بندی مدارهای مجتمع، پایه کیس و پوشش است. فرآیند اتصال پایه محفظه با روکش را می توان با استفاده از یک لایه لحیم کاری که بین پایه محفظه و روکش به صورت حلقه قرار دارد و یا بدون لایه لحیم انجام داد. در حالت دوم، لبه های پایه بدنه و روکش از قبل با لحیم کاری قلع کاری شده اند.

هنگام آب بندی دیودها، ترانزیستورها و تریستورها، بسته به طراحی کیس، ممکن است چندین اتصال لحیم کاری ایجاد شود. بنابراین، با لحیم کاری، نگهدارنده کریستال به سیلندر متصل شده و پایانه های بالایی محفظه تریستور آب بندی می شود.

فرآیند لحیم کاری در حین آب بندی الزاماتی را بر خلوص قطعات اصلی تحمیل می کند که به طور اولیه تمیز، شسته و خشک می شوند. فرآیند لحیم کاری در محیط خلاء، بی اثر یا کاهش دهنده انجام می شود. هنگام استفاده از شار، لحیم کاری را می توان در هوا انجام داد. شارها خیس شدن و پخش شدن لحیم را بر روی قطعاتی که قرار است به هم وصل شوند بسیار بهبود می بخشد و این کلید تشکیل یک اتصال لحیم کاری مهر و موم شده است. با توجه به نقش آنها، شارها به دو گروه تقسیم می شوند. محافظ و فعال شارهای محافظ از قطعات در برابر اکسیداسیون در طول فرآیند لحیم کاری محافظت می کنند و شارهای فعال به کاهش اکسیدهای تشکیل شده در طول فرآیند لحیم کاری کمک می کنند. محلول های رزین اغلب به عنوان شار محافظ استفاده می شود. شارهای فعال عبارتند از کلرید روی و کلرید آمونیوم. برای لحیم کاری از لحیم کاری POS-40 و POS-60 استفاده می شود.

لحیم کاری سرامیک با فلز. در فناوری نیمه هادی مانند الکترووکیوم، اتصالات سرامیکی به فلز به طور گسترده ای استفاده می شود که آب بندی مطمئن تری مدارهای مجتمع را فراهم می کند.

لحیم هایی که برای لحیم کاری فلز به فلز استفاده می شوند، سطح قطعات سرامیکی را خیس نمی کنند و بنابراین به قطعات سرامیکی پکیج های مدار مجتمع لحیم کاری نمی کنند.

برای به دست آوردن اتصالات لحیم کاری شده سرامیک با فلز، از قبل فلزی می شود. متالیزاسیون با استفاده از خمیرهایی که روی قسمت سرامیکی اعمال می شود انجام می شود. چسبندگی خوب لایه متالیزاسیون به سطح سرامیکی با پخت در دمای بالا حاصل می شود. هنگامی که خمیرها پخته می شوند حلال تبخیر می شود و ذرات فلز به طور محکم به سطح قسمت سرامیکی متصل می شوند.ضخامت لایه فلزی سوخته معمولاً چند میکرومتر است.استفاده و پخت خمیر را می توان چندین بار تکرار کرد. در حالی که ضخامت لایه افزایش می یابد و کیفیت لایه متالیزاسیون بهبود می یابد، به این ترتیب سرامیک های متالیز شده را می توان با لحیم کاری های معمولی لحیم کاری کرد.

روش متداول اعمال پوشش های فلزی بر روی قطعات کیس های سرامیکی، تف جوشی یک لایه خمیر متالیزاسیون با سرامیک در دمای بالا است. پودرهای مولیبدن، تنگستن، رنیم، تانتالیم، آهن، نیکل، منگنز، کبالت، کروم، نقره و مس با اندازه دانه‌های چند میکرومتر به عنوان مواد اولیه استفاده می‌شوند. برای تهیه خمیرها، این پودرها را در بایندرها: استون، آمیل استات، متیل الکل و ... رقیق می کنند.

لحیم کاری قطعات سرامیکی متالایز با قطعات فلزی به روش معمول انجام می شود.

لحیم کاری شیشه با فلز.شیشه با هیچ یک از فلزات خالص لحیم نمی شود، زیرا سطح خالص فلزات توسط شیشه مایع خیس یا ضعیف نمی شود.

با این حال، اگر سطح فلز با یک لایه اکسید پوشانده شود، خیس شدن بهبود می یابد، اکسید تا حدی در شیشه حل می شود و پس از سرد شدن، اتصال هرمتیکی ایجاد می شود. مشکل اصلی در ساخت اتصالات فلز-شیشه، انتخاب شیشه و اجزای فلزی با مقادیر کافی نزدیک از ضرایب انبساط حرارتی در کل محدوده از دمای ذوب شیشه تا حداقل دمای کاری یک دستگاه نیمه هادی است. حتی یک تفاوت کوچک در ضرایب انبساط حرارتی می تواند منجر به ایجاد ریزترک ها و کاهش فشار دستگاه تمام شده شود.

برای لحیم کردن شیشه با فلز برای به دست آوردن اتصالات هرمتیک، لازم است: اجزایی با ضرایب انبساط حرارتی یکسان را انتخاب کنید. لحیم کاری شیشه را به شکل تعلیق با پودر فلز اعمال کنید. به تدریج از فلز به شیشه اصلی با کمک شیشه های میانی حرکت کنید. سطح شیشه را فلز کنید

برای به دست آوردن اتصالات هرمتیک شیشه با فلز، از سه روش برای گرم کردن قطعات اولیه استفاده می شود: در شعله یک مشعل گاز، با استفاده از جریان های فرکانس بالا، در کوره های صدا خفه کن یا سیلیکات. در همه موارد، فرآیند در هوا انجام می شود، زیرا وجود یک فیلم اکسید به فرآیند لحیم کاری کمک می کند.

جوشکاری تماس الکتریکی. این فرآیند به طور گسترده ای برای محصور کردن بسته های نیمه هادی و مدار مجتمع استفاده می شود. این بر اساس ذوب قسمت های خاصی از قطعات فلزی متصل به دلیل عبور جریان الکتریکی از آنها است. ماهیت فرآیند جوشکاری تماس الکتریکی این است که دو الکترود به قطعاتی که قرار است جوش داده شوند آورده می شود که ولتاژ خاصی به آنها اعمال می شود. از آنجایی که مساحت الکترودها بسیار کوچکتر از مساحت قطعاتی است که باید جوش داده شوند، هنگامی که جریان الکتریکی از کل سیستم عبور می کند، مقدار زیادی گرما در محل تماس قطعات آزاد می شود. جوش داده شده، در زیر الکترودها قرار دارد. این به دلیل چگالی جریان بالا در حجم کمی از مواد قطعاتی است که قرار است جوش داده شوند. چگالی جریان بالا، نواحی تماس را گرم می کند تا زمانی که مناطق خاصی از مواد اولیه تجزیه شوند.

هنگامی که جریان متوقف می شود، دمای مناطق تماس کاهش می یابد که مستلزم خنک شدن منطقه مذاب و تبلور مجدد آن است. منطقه تبلور مجدد به دست آمده به طور هرمتیکی قطعات فلزی همگن و غیر مشابه را به یکدیگر متصل می کند.

شکل جوش بستگی به پیکربندی هندسی الکترودهای کار دارد. اگر الکترودها به شکل میله های نوک تیز ساخته شوند، جوش نقطه ای حاصل می شود. اگر الکترودها به صورت لوله باشند، درز جوش به صورت حلقه است. با شکل لایه ای الکترودها، درز جوش به شکل یک نوار است.

ماده ای که الکترودهای کار از آن ساخته شده اند برای آب بندی باکیفیت کیف های ابزار توسط جوش الکتریکی اهمیت زیادی دارد. مواد الکترود در معرض افزایش نیاز برای هدایت حرارتی و الکتریکی و همچنین مقاومت مکانیکی است. برای برآورده ساختن این الزامات، الکترودها به صورت ترکیبی از دو ماده ساخته می شوند که یکی از آنها رسانایی حرارتی بالایی دارد و دیگری دارای استحکام مکانیکی است. الکترودها به طور گسترده مورد استفاده قرار می گیرند که پایه آنها از مس و هسته (قطع کاری) از آلیاژ تنگستن با مس ساخته شده است.

همراه با الکترودهای ترکیبی، از الکترودهای ساخته شده از یک فلز یا آلیاژ همگن استفاده می شود. بنابراین، برای جوشکاری قطعات فولادی، از الکترودهای مس (M1 و MZ) و برنز (0.4-0.8٪ کروم، 0.2-0.6٪ روی، بقیه مس) استفاده می شود. برای جوشکاری مواد با رسانایی الکتریکی بالا (مس، نقره و غیره) از الکترودهای تنگستن و مولیبدن استفاده می شود.

الکترودها باید به خوبی در امتداد سطوح کاری جوش داده شوند. وجود عیوب در سطوح کاری قطعات (خطرات، فرورفتگی، پوسته و غیره) منجر به گرم شدن ناهموار قطعات در حال جوش و ایجاد جوش نشتی در محصول نهایی می شود. باید توجه ویژه ای به چسباندن الکترودها در نگهدارنده های الکترود شود، زیرا با اتصال ضعیف بین آنها، به اصطلاح مقاومت گذرا ایجاد می شود که منجر به گرم شدن خود نگهدارنده های الکترود می شود. الکترودها باید کاملاً با یکدیگر همراستا باشند. عدم هم محوری الکترودها منجر به ازدواج در حین جوشکاری می شود.

کیفیت جوش تا حد زیادی به حالت الکتریکی و زمانی انتخاب شده بستگی دارد. در مقدار کم جریان جوش، گرمای آزاد شده برای گرم کردن قطعات تا دمای ذوب فلزات در حال جوش کافی نیست، در این حالت اصطلاحاً "عدم نفوذ" قطعات حاصل می شود. در مقدار زیاد جریان جوشکاری، گرمای بیش از حد آزاد می شود، که می تواند نه تنها محل جوش، بلکه کل قسمت را که با "سوختن" قطعات و پاشیدن فلز همراه است ذوب کند.

زمان عبور جریان جوش از الکترودها و قطعات اهمیت زیادی دارد. به محض روشن شدن جریان جوش، گرمایش قطعات جوش داده شده در محل تماس شروع می شود و تنها لایه های سطحی فلز به نقاط ذوب می رسند. اگر جریان در این لحظه قطع شود، جوش شکننده ایجاد می شود. برای به دست آوردن یک جوش قوی، تشکیل یک هسته مذاب در سراسر ناحیه محلی قطعاتی که قرار است جوش داده شوند، به زمان نیاز دارد. گرم شدن بیش از حد هسته فلز مذاب منجر به رشد آن و پاشیدن فلز به بیرون می شود. در نتیجه، پوسته ها می توانند تشکیل شوند که به شدت استحکام مکانیکی و سفتی جوش ها را کاهش می دهند.

قبل از انجام فرآیند جوشکاری الکتروکنتاکت، کلیه قسمت های کیس های مدار مجتمع تحت پردازش کامل (شستشو، چربی زدایی، اچینگ، تمیز کردن و غیره) قرار می گیرند.

کیفیت جوش با بازرسی خارجی و با کمک مقاطع عرضی محصولات جوش داده شده کنترل می شود. توجه اصلی به استحکام مکانیکی و سفتی جوش است.

جوش سرد.روش آب بندی سرد به طور گسترده در صنعت الکترونیک استفاده می شود. در مواردی که هنگام آب بندی قطعات اصلی بدنه، گرمایش آنها غیرقابل قبول است و خلوص بالایی از فرآیند مورد نیاز است، از جوشکاری با فشار سرد استفاده می شود. علاوه بر این، جوش سرد یک اتصال هرمتیک قوی از متداول ترین فلزات غیرمشابه (مس، نیکل، ژورو و فولاد) را فراهم می کند.

از معایب این روش می توان به وجود تغییر شکل قابل توجهی در قسمت های بدن در محل اتصال اشاره کرد که منجر به تغییر قابل توجهی در شکل و ابعاد کلی محصولات نهایی می شود.

تغییر قطر خارجی بدنه دستگاه به ضخامت قطعات جوش داده شده اصلی بستگی دارد. تغییر در قطر بیرونی دستگاه تمام شده پس از فرآیند جوش سرد

ضخامت شانه قسمت بالایی قبل از جوشکاری کجاست. - ضخامت شانه قسمت پایین قبل از جوشکاری.

اهمیت زیادی برای فرآیند جوش سرد وجود یک لایه اکسید روی سطح قطعاتی است که قرار است به یکدیگر متصل شوند. اگر این لایه انعطاف پذیر و نرم تر از فلز پایه باشد، تحت فشار در همه جهات پخش می شود و نازک می شود و در نتیجه سطوح فلزی تمیز را جدا می کند و در نتیجه جوشکاری انجام نمی شود. اگر لایه اکسیدی شکننده‌تر و سخت‌تر از فلزی باشد که می‌پوشاند، آنگاه تحت فشار ترک می‌خورد و ترک‌خوردگی در هر دو قسمتی که قرار است به هم وصل شود به طور یکسان رخ می‌دهد. آلاینده های موجود بر روی سطح فیلم در هر دو طرف در یک نوع بسته بندی بسته بندی می شوند که در لبه ها محکم بسته می شوند. افزایش بیشتر فشار منجر به پخش شدن فلز خالص به نواحی محیطی می شود. بیشترین گسترش در صفحه میانی درز تشکیل شده رخ می دهد، به همین دلیل تمام بسته های دارای ناخالصی به بیرون کشیده می شوند و سطوح فلزی تمیز که وارد فعل و انفعالات بین اتمی می شوند، محکم به یکدیگر می چسبند.

بنابراین، شکنندگی و سختی از ویژگی های اصلی فیلم اکسید هستند که اتصال محکمی را ایجاد می کنند. از آنجایی که برای اکثر فلزات ضخامت پوشش با فیلم های اکسیدی از 10-7 سانتی متر تجاوز نمی کند، قطعات ساخته شده از این فلزات قبل از جوشکاری نیکل اندود یا کروم اندود می شوند. فیلم های نیکل و کروم دارای سختی و شکنندگی کافی هستند و بنابراین به طور قابل توجهی اتصال جوش داده شده را بهبود می بخشند.

قبل از انجام فرآیند جوش سرد، تمام قطعات چربی زدایی، شسته و خشک می شوند. برای تشکیل اتصال باکیفیت دو قطعه فلزی، لازم است از تغییر شکل، پلاستیک و تمیزی کافی قطعات مورد جوش اطمینان حاصل شود.

درجه تغییر شکل بهدر طول جوش سرد باید در محدوده 75-85٪ باشد:

,

جایی که 2 ساعت-ضخامت کل قطعات جوش داده شده؛ تی- ضخامت جوش

استحکام جوش

جایی که آر- نیروی شکست؛ دی- قطر اثر برآمدگی پانچ؛ اچ- ضخامت یکی از قطعات جوش داده شده با کوچکترین اندازه؛ - استحکام کششی با کمترین مقدار.

برای اجزای بدن در حین جوشکاری سرد، ترکیب مواد زیر توصیه می شود: مس MB-مس MB، مس MB- مس M1، مس MB-فولاد 10، آلیاژ N29K18 (kovar) - مس MB، kovar- مس M1.

فشارهای بحرانی مورد نیاز برای تغییر شکل پلاستیک و جوش سرد، به عنوان مثال، برای ترکیب مس و مس، 1.5 * 10 9 N / m 2 است، برای ترکیبی از مس - کوار آنها 2 * 10 9 N / m 2 است.

آب بندی پلاستیکی. آب بندی گران قیمت شیشه، شیشه به فلز، کیس های سرمتی و فلزی در حال حاضر با موفقیت با آب بندی پلاستیکی جایگزین شده است. ) در برخی موارد، این امر باعث افزایش قابلیت اطمینان دستگاه ها و آی سی ها می شود، زیرا تماس کریستال نیمه هادی با محیط گازی داخل کیس از بین می رود.

آب بندی پلاستیکی به شما امکان می دهد تا کریستال را به طور قابل اعتماد از تأثیرات خارجی جدا کنید و استحکام مکانیکی و الکتریکی بالای سازه را فراهم کنید. برای آب بندی آی سی ها، پلاستیک های مبتنی بر رزین های اپوکسی، ارگانوسیلیکن و پلی استر به طور گسترده ای استفاده می شود.

روش های اصلی آب بندی عبارتند از ریختن، پوشش و پرس تحت فشار. هنگام آب بندی با ریختن، از قالب های توخالی استفاده می شود که در آن کریستال های نیمه هادی با سرب های خارجی لحیم شده قرار می گیرند. قالب ها با پلاستیک پر می شوند.

هنگام آب بندی دستگاه ها با پوشش، دو (یا چند) سرب ساخته شده از نوار یا مواد سیمی گرفته می شود، آنها با یک مهره شیشه ای یا پلاستیکی به یکدیگر متصل می شوند و یک کریستال نیمه هادی به یکی از سرنخ ها و هادی های تماس الکتریکی لحیم می شود. به سرب دیگر (سایر) متصل می شوند. مجموعه ای که به این ترتیب به دست می آید با بسته بندی پلاستیکی مهر و موم می شود.

امیدوارکننده ترین راه برای حل مشکل مونتاژ و آب بندی دستگاه ها، مهر و موم کردن کریستال ها با عناصر فعال بر روی نوار فلزی و به دنبال آن آب بندی با پلاستیک است. مزیت این روش آب بندی امکان مکانیزه شدن و اتوماسیون فرآیندهای مونتاژ انواع آی سی ها می باشد. عنصر ساختاری اصلی بدنه پلاستیکی یک نوار فلزی است. برای انتخاب پروفیل یک نوار فلزی، باید از اندازه کریستال ها، ویژگی های حرارتی دستگاه ها، امکان نصب دستگاه های تمام شده بر روی برد مدار چاپی مدار الکترونیکی، حداکثر مقاومت پارگی از مورد، و سادگی طراحی.

طرح تکنولوژیکی آب بندی پلاستیکی دستگاه شامل مراحل اصلی فناوری مسطح است. کریستال های نیمه هادی با عناصر فعال به یک نوار فلزی پوشیده شده با طلا، با آلیاژ یوتکتیک طلا با سیلیکون یا با لحیم کاری معمولی متصل می شوند. نوار فلزی از مجله، مس، مولیبدن، فولاد، نیکل ساخته شده است.

به منظور جلوگیری از آسیب به دستگاه های نیمه هادی در حین نصب، لازم است از عدم تحرک لیدهای آنها در نزدیکی محفظه اطمینان حاصل شود. برای انجام این کار، لازم است لیدها را در فاصله حداقل 3 ... 5 میلی متر از بدنه خم کنید و با لحیم کاری کم دمای POS-61 در فاصله حداقل 5 میلی متری از بدنه دستگاه، لحیم کاری انجام دهید. حذف حرارت بین بدنه و نقطه لحیم کاری با فاصله از محل لحیم کاری تا بدنه 8 ... 10 میلی متر یا بیشتر، می توان آن را بدون هیت سینک اضافی (در عرض 2 ... 3 ثانیه) انجام داد.

لحیم کاری در نصب و جایگزینی قطعات جداگانه در مدارها با دستگاه های نیمه هادی باید با خاموش شدن برق با یک آهن لحیم کاری با نوک زمین انجام شود. هنگامی که یک ترانزیستور را در مداری روشن می کنید که دارای انرژی است، ابتدا باید پایه و سپس امیتر و سپس کلکتور را وصل کنید. قطع ترانزیستور از مدار بدون حذف ولتاژ به ترتیب معکوس انجام می شود.

برای اطمینان از عملکرد عادی دستگاه های نیمه هادی با قدرت کامل، لازم است از سینک های حرارتی اضافی استفاده شود. به عنوان هیت سینک از رادیاتورهای آجدار ساخته شده از مس قرمز یا آلومینیوم استفاده می شود که روی دستگاه ها قرار می گیرد. هنگام طراحی مدارهایی با محدوده دمای عملیاتی گسترده، باید در نظر داشت که با افزایش دما، نه تنها اتلاف توان مجاز بسیاری از دستگاه های نیمه هادی کاهش می یابد، بلکه ولتاژها و جریان های مجاز انتقال ها نیز کاهش می یابد.

عملکرد دستگاه های نیمه هادی باید فقط در محدوده دمای عملیاتی مورد نیاز انجام شود، در حالی که رطوبت نسبی باید تا 98٪ در دمای 40 درجه سانتیگراد باشد. فشار اتمسفر - از 6.7 10 2 تا 3 10 5 Pa. لرزش با شتاب تا 7.5 گرم در محدوده فرکانس 10 ... 600 هرتز. ضربه های متعدد با شتاب تا 75 گرم؛ شتاب های خطی تا 25 گرم

افزایش یا کاهش پارامترهای فوق بر عملکرد دستگاه های نیمه هادی تأثیر منفی می گذارد. بنابراین، تغییر در محدوده دمای عملیاتی باعث ترک خوردن کریستال های نیمه هادی و تغییر در مشخصات الکتریکی دستگاه ها می شود. علاوه بر این، در اثر دمای بالا، خشک شدن و تغییر شکل پوشش های محافظ، آزاد شدن گازها و ذوب شدن لحیم اتفاق می افتد. رطوبت بالا باعث خوردگی محفظه ها و پایانه ها در اثر الکترولیز می شود. فشار کم باعث کاهش ولتاژ شکست و بدتر شدن انتقال حرارت می شود. تغییر در شتاب ضربه ها و ارتعاشات منجر به بروز تنش های مکانیکی و خستگی در عناصر سازه و همچنین آسیب های مکانیکی (تا جدا شدن سرب ها) و غیره می شود.

برای محافظت در برابر لرزش و شتاب، سازه با دستگاه های نیمه هادی باید ضربه گیر باشد و برای بهبود مقاومت در برابر رطوبت باید با لاک محافظ پوشانده شود.

نصب الکتریکی قطعات رادیویی باید عملکرد قابل اعتماد تجهیزات، دستگاه ها و سیستم ها را تحت شرایط تأثیرات مکانیکی و آب و هوایی مشخص شده در مشخصات این نوع تجهیزات الکترونیکی تضمین کند. بنابراین، هنگام نصب دستگاه های نیمه هادی (SS)، مدارهای مجتمع (IC) اجزای رادیویی بر روی بردهای مدار چاپی یا شاسی تجهیزات، شرایط زیر باید رعایت شود:

• تماس قابل اعتماد بین بدنه یک PP قدرتمند و یک هیت سینک (رادیاتور) یا شاسی؛
• همرفت هوای لازم در رادیاتورها و عناصری که مقدار زیادی گرما را آزاد می کنند.
• حذف عناصر نیمه هادی از عناصر مدار که مقدار قابل توجهی گرما را در حین کار ساطع می کنند.
• حفاظت از نصب، واقع در نزدیکی عناصر قابل جابجایی، از آسیب مکانیکی در حین کار؛
• در فرآیند آماده سازی و انجام نصب الکتریکی PCB و IC، اثرات مکانیکی و اقلیمی روی آنها نباید از مقادیر مشخص شده در مشخصات تجاوز کند.
• هنگام صاف کردن، شکل دادن و برش سیم های PCB و IC، بخش سرب نزدیک کیس باید ثابت شود تا نیروهای خمشی یا کششی در هادی ایجاد نشود. تجهیزات و وسایل برای تشکیل لیدها باید زمین شوند.
• فاصله از بدنه PCB یا IC تا ابتدای خم سرب باید حداقل 2 میلی متر و شعاع خمشی با قطر سرب تا 0.5 میلی متر - حداقل 0.5 میلی متر، با قطر 0.6-1 میلی متر - باشد. حداقل 1 میلی متر، با قطر بیش از 1 میلی متر - نه کمتر از 1.5 میلی متر.

در هنگام نصب، حمل و نقل و ذخیره سازی PCB ها و آی سی ها (به ویژه دستگاه های نیمه هادی مایکروویو) لازم است از آنها در برابر اثرات الکتریسیته ساکن محافظت شود. برای انجام این کار، تمام تجهیزات نصب، ابزار، تجهیزات کنترل و اندازه گیری به طور قابل اعتمادی زمین می شوند. برای حذف الکتریسیته ساکن از بدن یک برقکار، از دستبندهای زمین و لباس مخصوص استفاده کنید.

برای حذف گرما، بخش خروجی بین جعبه PCB (یا آی سی) و نقطه لحیم کاری با موچین مخصوص (هیت سینک) بسته می شود. اگر دمای لحیم از 5 ± 533 کلوین (270 درجه سانتیگراد) تجاوز نکند، و زمان لحیم کاری بیش از 3 ثانیه نباشد، لحیم کاری لیدهای PCB (یا آی سی) بدون هیت سینک یا گروه انجام می شود. از لحیم کاری (موج لحیم کاری، غوطه وری در لحیم مذاب و غیره) استفاده می شود.

تمیز کردن بردهای مدار چاپی (یا پانل ها) از بقایای شار پس از لحیم کاری با حلال هایی انجام می شود که روی علامت گذاری و مواد جعبه های PCB (یا IC) تأثیر نمی گذارد.

هنگام نصب آی سی با سرب های شعاعی سفت و سخت در سوراخ های متالیزه برد مدار چاپی، قسمت بیرون زده سرب ها در بالای سطح برد در نقاط لحیم کاری باید 0.5-1.5 میلی متر باشد. آی سی پس از برش دادن لیدها به این شکل نصب می شود (شکل 55). برای سهولت در برچیدن، توصیه می شود آی سی را روی بردهای مدار چاپی با فاصله بین کیس آنها نصب کنید.

برنج. 55. تشکیل لیدهای IC شعاعی صلب:
1 - سرنخ های قالب گیری، 2 - سرب قبل از قالب گیری

مدارهای مجتمع در بسته های دارای سرب های مسطح نرم بدون سوراخ های نصب بر روی پدهای تماسی برد نصب می شوند. در این حالت محل قرارگیری آنها روی تخته با شکل پدها مشخص می شود (شکل 56).

برنج. 56. نصب آی سی ها با سیم های مسطح (مسطح) روی برد مدار چاپی:
1 - پد تماس با یک کلید، 2 - مورد، 3 - تخته، 4 - خروجی

نمونه هایی از IC های قالب گیری با سرب های مسطح در شکل نشان داده شده است. 57.

برنج. 57. تشکیل لیدهای آی سی تخت (مسطح) هنگام نصب بر روی برد بدون شکاف (i)، با شکاف (b)

نصب و اتصال PCBها و ICها و همچنین قطعات رادیویی نصب شده بر روی بردهای مدار چاپی باید دسترسی به آنها و امکان تعویض آنها را فراهم کند. برای خنک کردن آی سی ها باید با در نظر گرفتن حرکت جریان هوا در امتداد کیس آنها روی بردهای مدار چاپی قرار گیرند.

برای نصب برقی PCB ها و قطعات رادیویی سایز کوچک، ابتدا روی اتصالات نصب (گلبرگ، پین و ...) نصب شده و سرب ها به صورت مکانیکی روی آن ثابت می شوند. برای لحیم کاری محل اتصال میدان از یک فلاکس بدون اسید استفاده می شود که بقایای آن پس از لحیم کاری حذف می شود.

اجزای رادیویی یا به صورت مکانیکی روی ترمینال های خودشان یا علاوه بر آن با گیره، براکت، نگهدارنده، پرکننده با ترکیب، ماستیک، چسب و غیره به اتصالات نصب متصل می شوند. در عین حال، اجزای رادیویی به گونه ای ثابت می شوند که این کار را انجام دهند. در هنگام لرزش و ضربه (لرزش) حرکت نکند. انواع توصیه شده برای بستن قطعات رادیویی (مقاومت ها، خازن ها، دیودها، ترانزیستورها) در شکل نشان داده شده است. 58.

برنج. 58. نصب قطعات رادیویی بر روی اتصالات نصب:
a، b - مقاومت ها (خازن) با سرب های مسطح و گرد؛ 1 - محفظه، 2 - گلبرگ، 3 - خروجی، 4 - رادیاتور، 5 - سیم، 6 - لوله عایق

چسباندن مکانیکی سرنخ‌های قطعات رادیویی روی اتصالات نصب با خم کردن یا چرخاندن آنها در اطراف اتصالات و به دنبال آن فشرده سازی انجام می‌شود. در این حالت، شکست در خروجی در حین فشرده سازی مجاز نیست. اگر سوراخی در پست تماس یا گلبرگ وجود داشته باشد، خروجی قطعه رادیویی قبل از لحیم کاری با عبور دادن آن از سوراخ و خم شدن به اطراف برای نیم یا یک دور کامل دور گلبرگ یا پست، و به دنبال آن چین خوردگی، به صورت مکانیکی ثابت می شود. در همان زمان، خروجی اضافی با برش های جانبی حذف می شود و نقطه اتصال با انبردست چین می شود.

به عنوان یک قاعده، روش های نصب قطعات رادیویی و بستن سرب های آنها در نقشه مونتاژ محصول مشخص شده است.

برای کاهش فاصله بین قطعه رادیویی و شاسی، لوله‌های عایق بر روی کیس یا پایانه‌های آن‌ها قرار داده می‌شود که قطر آن‌ها برابر یا تا حدودی کمتر از قطر قطعه رادیویی است. در این حالت اجزای رادیویی نزدیک به هم یا به شاسی قرار می گیرند. لوله های عایق قرار داده شده بر روی سرنخ های قطعات رادیویی امکان اتصال کوتاه با عناصر رسانای همسایه را از بین می برد.

طول لیدهای نصب از نقطه لحیم کاری تا بدنه قطعه رادیویی در مشخصات فنی آورده شده است و به طور معمول در نقشه مشخص شده است: برای قطعات رادیویی گسسته باید حداقل 8 میلی متر باشد و برای PP - حداقل 15 میلی متر. طول سرب از محفظه تا خم جزء رادیویی نیز در نقشه مشخص شده است: باید حداقل 3 میلی متر باشد. نتیجه گیری اجزای رادیویی با یک الگو، فیکسچر یا ابزار ویژه خم می شود. علاوه بر این، شعاع داخلی خم باید حداقل دو برابر قطر یا ضخامت خروجی باشد. پایانه های صلب اجزای رادیویی (مقاومت های PEV و غیره) مجاز به خم شدن در هنگام نصب نیستند.

اجزای رادیویی انتخاب شده هنگام راه اندازی یا تنظیم دستگاه باید بدون اتصال مکانیکی به تمام طول سیم های خود لحیم شوند. پس از انتخاب درجه بندی آنها و تنظیم دستگاه، قطعات رادیویی باید با بست مکانیکی سربها به نقاط مرجع لحیم شوند.

مونتاژ و آب بندی ریز مدارها و دستگاه های نیمه هادی شامل 3 عملیات اصلی است: اتصال کریستال به پایه بسته، اتصال سرب ها و محافظت از کریستال در برابر تأثیرات محیطی. پایداری پارامترهای الکتریکی و قابلیت اطمینان محصول نهایی به کیفیت عملیات مونتاژ بستگی دارد. علاوه بر این، انتخاب روش مونتاژ بر هزینه کل محصول تأثیر می گذارد.

چسباندن کریستال به پایه کیس

الزامات اصلی برای اتصال یک کریستال نیمه هادی به پایه بسته، قابلیت اطمینان بالای اتصال، استحکام مکانیکی و در برخی موارد، سطح بالای انتقال حرارت از کریستال به زیرلایه است. عملیات اتصال با لحیم کاری یا چسباندن انجام می شود.

چسب های نصب قالب را می توان به طور کلی به دو دسته تقسیم کرد: رسانای الکتریکی و دی الکتریک. چسب ها از چسب و پرکننده تشکیل شده اند. برای اطمینان از هدایت الکتریکی و حرارتی، معمولاً نقره به شکل پودر یا تکه به چسب اضافه می شود. برای ایجاد چسب های دی الکتریک رسانای گرما، از پودرهای شیشه یا سرامیک به عنوان پرکننده استفاده می شود.

لحیم کاری با استفاده از لحیم کاری شیشه ای رسانا یا فلزی انجام می شود.

لحیم کاری شیشه موادی هستند که از اکسیدهای فلزی تشکیل شده اند. آنها چسبندگی خوبی به طیف وسیعی از سرامیک ها، اکسیدها، مواد نیمه هادی، فلزات دارند و با مقاومت در برابر خوردگی بالا مشخص می شوند.

لحیم کاری با لحیم های فلزی با استفاده از پدهای لحیم کاری یا لنت هایی با شکل و اندازه معین (پیش فرم ها) که بین کریستال و زیرلایه قرار می گیرد انجام می شود. در تولید انبوه، از خمیر لحیم کاری تخصصی برای نصب تراشه ها استفاده می شود.

پین های اتصال

فرآیند اتصال سرب های کریستالی به پایه بسته بندی با استفاده از سیم، نوار یا سرب های سفت و سخت به شکل توپ یا تیر انجام می شود.

نصب سیم با استفاده از سیم/نوارهای طلایی، آلومینیومی یا مسی با جوشکاری حرارتی، تماس الکتریکی یا اولتراسونیک انجام می شود.

نصب بی سیم در فناوری "کریستال معکوس" (Flip-Chip) انجام می شود. تماس های سفت و سخت به شکل تیرها یا گلوله های لحیم کاری بر روی یک تراشه در طول فرآیند ایجاد آبکاری تشکیل می شوند.

قبل از اعمال لحیم کاری، سطح کریستال غیرفعال می شود. پس از لیتوگرافی و اچینگ، پدهای تماس کریستال نیز متالیز می شوند. این عملیات برای ایجاد یک لایه مانع، جلوگیری از اکسیداسیون و بهبود ترشوندگی و چسبندگی انجام می شود. پس از آن نتیجه گیری شکل می گیرد.

تیرها یا گلوله‌های لحیم کاری با روش‌های رسوب الکترولیتی یا خلاء، پر کردن با میکروسفرهای آماده یا با چاپ روی صفحه تشکیل می‌شوند. کریستال با سرب های تشکیل شده برگردانده شده و بر روی بستر نصب می شود.

محافظت از کریستال در برابر تأثیرات محیطی

ویژگی های یک دستگاه نیمه هادی تا حد زیادی با وضعیت سطح آن تعیین می شود. محیط خارجی بر کیفیت سطح و بر این اساس، بر پایداری پارامترهای دستگاه تأثیر بسزایی دارد. این اثر در حین کار تغییر می کند، بنابراین محافظت از سطح دستگاه برای افزایش قابلیت اطمینان و عمر مفید آن بسیار مهم است.

حفاظت از یک کریستال نیمه هادی در برابر تأثیر محیط خارجی در مرحله نهایی مونتاژ ریز مدارها و دستگاه های نیمه هادی انجام می شود.

آب بندی را می توان با کمک یک پوشش یا در طراحی بدون بسته بندی انجام داد.

آب بندی کیس با اتصال پوشش کیس به پایه آن توسط لحیم کاری یا جوش انجام می شود. محفظه های فلزی، فلزی-شیشه ای و سرامیکی مهر و موم ضد خلاء را فراهم می کنند.

درب را بسته به نوع کیس می توان با استفاده از لحیم شیشه ای، لحیم فلزی و یا با چسب لحیم کرد. هر کدام از این مواد دارای مزایای خاص خود هستند و بسته به وظایفی که باید حل شوند انتخاب می شوند.

برای محافظت بدون بسته بندی کریستال های نیمه هادی در برابر تأثیرات خارجی، از پلاستیک و ترکیبات مخصوص گلدان استفاده می شود که بسته به وظایف و مواد مورد استفاده، پس از پلیمریزاسیون می تواند نرم یا سخت باشد.

صنعت مدرن دو گزینه برای ریختن کریستال با ترکیبات مایع ارائه می دهد:

1. ریختن با ترکیب ویسکوزیته متوسط ​​(گلوب تاپ، بلوب تاپ)
2. ایجاد یک قاب از یک ترکیب با ویسکوزیته بالا و ریختن یک کریستال با یک ترکیب کم ویسکوزیته (Dam-and-Fill).

مزیت اصلی ترکیبات مایع نسبت به سایر روش های آب بندی کریستالی، انعطاف پذیری سیستم دوز است که امکان استفاده از مواد و تجهیزات مشابه را برای انواع و اندازه های مختلف کریستال ها فراهم می کند.

چسب های پلیمری بر اساس نوع بایندر و نوع ماده پرکننده متمایز می شوند.

مواد پیوند دهنده

پلیمرهای آلی مورد استفاده به عنوان چسب را می توان به دو دسته اصلی ترموپلاستیک و ترموپلاستیک تقسیم کرد. همه آنها مواد آلی هستند، اما

به طور قابل توجهی از نظر خواص شیمیایی و فیزیکی متفاوت است.

در گرماسخت ها، وقتی زنجیر پلیمری گرم می شود، به طور غیرقابل برگشتی به یک ساختار شبکه سه بعدی سفت و سخت متصل می شود. پیوندهایی که در این حالت ایجاد می شوند، امکان به دست آوردن قابلیت چسبندگی بالایی از مواد را فراهم می کنند، اما قابلیت نگهداری محدود است.

پلیمرهای ترموپلاستیک درمان نمی شوند. آنها توانایی نرم شدن و ذوب شدن را در هنگام گرم شدن حفظ می کنند و پیوندهای الاستیک قوی ایجاد می کنند. این ویژگی امکان استفاده از ترموپلاستیک ها را در کاربردهایی که قابلیت نگهداری مورد نیاز است، می دهد. قابلیت چسبندگی ترموپلاستیک ها کمتر از ترموپلاستیک ها است، اما در بیشتر موارد کاملاً کافی است.

نوع سوم بایندر مخلوطی از ترموپلاستیک و ترموپلاستیک است که با هم ترکیب می شوند

مزایای دو نوع مواد ترکیب پلیمری آنها شبکه ای متقابل از ساختارهای ترموپلاستیک و ترموپلاستیک است که به آنها اجازه می دهد برای ایجاد اتصالات قابل تعمیر با استحکام بالا در دماهای نسبتاً پایین (150 o C - 200 o C) استفاده شوند.

هر سیستمی مزایا و معایب خاص خود را دارد. یکی از محدودیت های استفاده از خمیرهای ترموپلاستیک، حذف آهسته حلال در طی فرآیند جریان مجدد است. در گذشته، اتصال اجزاء با استفاده از مواد ترموپلاستیک نیازمند فرآیند اعمال خمیر (مشاهده صافی)، خشک کردن برای حذف حلال و تنها پس از آن قرار دادن کریستال بر روی بستر بود. چنین فرآیندی ایجاد حفره در مواد چسب را از بین برد، اما هزینه را افزایش داد و استفاده از این فناوری را در تولید انبوه دشوار کرد.

خمیرهای ترموپلاستیک مدرن توانایی تبخیر بسیار سریع حلال را دارند. این خاصیت به آنها اجازه می دهد تا با دوز کردن، با استفاده از تجهیزات استاندارد اعمال شوند و کریستال را روی خمیری که هنوز خشک نشده است قرار دهید. این مرحله با یک مرحله گرمایش سریع در دمای پایین دنبال می شود که در طی آن حلال حذف می شود و پس از جریان مجدد پیوندهای چسب ایجاد می شود.

برای مدت طولانی مشکلاتی با ایجاد چسب های بسیار رسانای حرارتی مبتنی بر ترموپلاستیک ها و ترموپلاستیک ها وجود داشت. این پلیمرها اجازه افزایش محتوای پرکننده رسانای گرما در خمیر را نمی دهند، زیرا برای چسبندگی خوب به سطح بالایی از چسب (60-75٪) نیاز است. برای مقایسه: در مواد معدنی، نسبت چسب را می توان به 15-20٪ کاهش داد. چسب های پلیمری مدرن (Diemat DM4130، DM4030، DM6030) این اشکال را ندارند و محتوای پرکننده رسانای گرما به 80-90٪ می رسد.

پرکننده

نوع، شکل، اندازه و مقدار پرکننده نقش عمده ای در ایجاد یک چسب رسانای الکتریکی حرارتی دارد. نقره (Ag) به عنوان یک ماده پرکننده به عنوان یک ماده مقاوم در برابر شیمیایی با بالاترین رسانایی حرارتی استفاده می شود. خمیرهای مدرن حاوی

نقره به صورت پودر (میکروسفر) و پولک (فلکس). ترکیب دقیق، کمیت و اندازه ذرات به طور تجربی توسط هر سازنده انتخاب می شود و تا حد زیادی خواص رسانایی گرما، رسانایی الکتریکی و چسبندگی مواد را تعیین می کند. در کارهایی که دی الکتریک با خاصیت رسانایی گرما مورد نیاز است، از پودر سرامیک به عنوان پرکننده استفاده می شود.

هنگام انتخاب چسب رسانای الکتریکی، باید عوامل زیر را در نظر گرفت:

• هدایت حرارتی، الکتریکی چسب یا لحیم مورد استفاده
• دمای مجاز فرآیند نصب
• دمای عملیات تکنولوژیکی بعدی
• استحکام مکانیکی اتصال
• اتوماسیون فرآیند نصب
• قابلیت نگهداری
• هزینه عملیات نصب

علاوه بر این، هنگام انتخاب چسب برای نصب، باید به مدول الاستیک پلیمر، مساحت و اختلاف CTE اجزای متصل و همچنین ضخامت خط چسب توجه کرد. هر چه مدول الاستیسیته کمتر باشد (ماده نرم تر)، مساحت قطعات بزرگتر و اختلاف CTE قطعات متصل بیشتر می شود و خط چسب نازکتر قابل قبول است. مقدار بالای مدول الاستیسیته حداقل ضخامت خط چسب و ابعاد اجزای مورد اتصال را به دلیل امکان تنش‌های ترمومکانیکی بالا محدود می‌کند.

هنگام تصمیم گیری در مورد استفاده از چسب های پلیمری، لازم است برخی از ویژگی های تکنولوژیکی این مواد و اجزای مورد اتصال را در نظر گرفت، یعنی:

• طول کریستال (یا جزء).مقدار بار روی خط چسب را پس از خنک شدن سیستم تعیین می کند. در طول لحیم کاری، قالب و بستر مطابق با CTE خود منبسط می شوند. برای کریستال‌های سایز بزرگ، باید از چسب‌های نرم (مدول کم) یا مواد کریستال/زیر همسان CTE استفاده شود. اگر تفاوت CTE برای یک اندازه کریستال معین خیلی زیاد باشد، ممکن است پیوند شکسته شود و باعث کنده شدن کریستال از بستر شود. برای هر نوع خمیر، سازنده معمولاً توصیه هایی در مورد حداکثر ابعاد کریستال برای مقادیر معینی از تفاوت CTE کریستال / بستر ارائه می دهد.

• عرض قالب (یا اجزای متصل)مسافتی را که حلال موجود در چسب قبل از خروج از خط چسب طی می کند تعیین می کند. بنابراین، اندازه کریستال نیز باید برای حذف صحیح حلال در نظر گرفته شود.

• متالیزاسیون کریستال و بستر (یا اجزای متصل)لازم نیست. به طور کلی چسب های پلیمری چسبندگی خوبی به بسیاری از سطوح غیر فلزی دارند. سطوح باید عاری از آلاینده های آلی باشد.

• ضخامت خط چسببرای تمام چسب های حاوی پرکننده رسانای حرارتی، محدودیتی در حداقل ضخامت خط چسب dx وجود دارد (شکل را ببینید). اتصالی که خیلی نازک است، چسب کافی برای پوشاندن تمام پرکننده و ایجاد پیوند به سطوحی که باید به هم وصل شوند، نخواهد داشت. علاوه بر این، برای مواد با مدول الاستیسیته بالا، ضخامت درز ممکن است توسط CTE های مختلف برای موادی که باید به هم متصل شوند محدود شود. معمولاً برای چسب‌های مدول کم، حداقل ضخامت اتصال توصیه می‌شود 20-50 میکرومتر، برای چسب‌های مدول بالا 50-100 میکرومتر است.

• طول عمر چسب قبل از نصب قطعهپس از استفاده از چسب، حلال خمیر به تدریج شروع به تبخیر می کند. اگر چسب خشک شود، موادی که باید به هم وصل شوند، خیس شدن و چسباندن وجود ندارد. برای قطعات کوچک که نسبت سطح به حجم چسب اعمال شده زیاد است، حلال به سرعت تبخیر می شود و زمان پس از اعمال تا نصب قطعه باید به حداقل برسد. به عنوان یک قاعده، طول عمر قبل از نصب یک جزء برای چسب های مختلف از ده ها دقیقه تا چند ساعت متغیر است.

• طول عمر قبل از پخت حرارتی چسباز لحظه نصب قطعه تا زمانی که کل سیستم در فر قرار می گیرد اندازه گیری می شود. با تأخیر طولانی، لایه لایه شدن و پخش شدن چسب می تواند رخ دهد که بر چسبندگی و هدایت حرارتی مواد تأثیر منفی می گذارد. هرچه اندازه قطعه و مقدار چسب اعمال شده کمتر باشد، سریعتر می تواند خشک شود. عمر قابلمه قبل از پخت حرارتی چسب می تواند از ده ها دقیقه تا چند ساعت متغیر باشد.

انتخاب سیم، نوار

قابلیت اطمینان اتصال سیم/نوار به شدت به انتخاب صحیح سیم/نوار بستگی دارد. عوامل اصلی تعیین کننده شرایط استفاده از نوع خاصی از سیم عبارتند از:

نوع پوسته. محفظه های مهر و موم شده فقط از آلومینیوم یا سیم مسی استفاده می کنند زیرا طلا و آلومینیوم در دمای آب بندی بالا ترکیبات بین فلزی شکننده را تشکیل می دهند. با این حال، فقط از سیم/نوار طلایی برای محفظه های بدون مهر و موم استفاده می شود، زیرا این نوع محفظه عایق رطوبتی کاملی را ارائه نمی دهد که باعث خوردگی سیم های آلومینیومی و مسی می شود.

ابعاد سیم/نوارهادی های نازک تر (قطر، عرض، ضخامت) برای مدارهایی با لنت های کوچک مورد نیاز است. از طرف دیگر، هر چه جریان عبوری از اتصال بیشتر باشد، سطح مقطع هادی ها باید بیشتر باشد.

استحکام کششی. سیم/روبان در مراحل بعدی و در حین کار تحت فشار مکانیکی خارجی قرار می گیرد، بنابراین، هر چه استحکام کششی بالاتر باشد، بهتر است.

پسوند نسبی. یک ویژگی مهم هنگام انتخاب سیم. مقادیر زیاد ازدیاد طول، کنترل تشکیل حلقه هنگام ایجاد اتصال سیم را دشوار می کند.

انتخاب روش حفاظت از کریستال

آب بندی تراشه را می توان با استفاده از محفظه یا در طراحی بدون بسته بندی انجام داد.

هنگام انتخاب تکنولوژی و مواد مورد استفاده در مرحله آب بندی، عوامل زیر باید در نظر گرفته شود:

• سطح سفتی مورد نیاز محفظه
• دمای مجاز فرآیند آب بندی
• دمای کارکرد تراشه
• وجود متالیزاسیون سطوحی که باید به هم متصل شوند
• امکان استفاده از فلاکس و اتمسفر مخصوص نصب
• اتوماسیون فرآیند آب بندی
• هزینه عملیات آب بندی

این مقاله مروری بر فناوری‌ها و مواد مورد استفاده برای تشکیل برآمدگی‌ها بر روی ویفرهای نیمه‌رسانا در تولید ریزمدارها ارائه می‌کند.