MONTAŽA POLUVODIČKIH UREĐAJA

I INTEGRIRANI MIKROKRUG

Značajke procesa montaže

Montaža poluvodičkih uređaja i integriranih sklopova najdugotrajnija je i najodgovornija tehnološka faza u cjelokupnom ciklusu njihove proizvodnje. Stabilnost električnih parametara i pouzdanost gotovih proizvoda u velikoj mjeri ovise o kvaliteti montažnih operacija.

Faza montaže započinje nakon završetka grupne obrade poluvodičkih pločica planarnom tehnologijom i njihovog odvajanja u pojedinačne elemente (kristale). Ti kristali mogu imati najjednostavniju (diodnu ili tranzistorsku) strukturu ili sadržavati složeni integrirani sklop (s velikim brojem aktivnih i pasivnih elemenata) i dolaziti do sklopa diskretnih, hibridnih ili monolitnih sastava.

Teškoća procesa montaže leži u činjenici da svaka klasa diskretnih uređaja i IC-a ima svoje vlastite značajke dizajna koje zahtijevaju dobro definirane montažne operacije i načine njihove implementacije.

Proces montaže uključuje tri glavne tehnološke operacije: pričvršćivanje kristala na bazu kućišta; spajanje strujnih vodi aktivnih i pasivnih elemenata poluvodičkog kristala na unutarnje elemente kućišta; zatvaranje kristala od vanjskog okruženja.

Pričvršćivanje kristala na bazu kućišta

Pričvršćivanje kristala poluvodičkog uređaja ili IC-a na bazu paketa provodi se postupcima lemljenja, fuzije pomoću eutektičkih legura i lijepljenja.

Glavni zahtjev za operaciju pričvršćivanja kristala je stvaranje veze između kristala i baze tijela, koja ima visoku mehaničku čvrstoću, dobru električnu i toplinsku vodljivost.

Lemljenje- proces spajanja dva različita dijela bez njihovog taljenja pomoću treće komponente koja se zove lem. Značajka procesa lemljenja je da je lem tijekom formiranja lemnog spoja u tekućem stanju, a dijelovi koji se spajaju su u čvrstom stanju.

Na sl. Slika 1a prikazuje varijantu pričvršćivanja IC čipa koji ima kontaktne izbočine od pokalajnog bakra na podlogu. Ovakav dizajn vodova ne boji se širenja lema po podlozi. Prisutnost visoke izbočine u obliku gljive osigurava potreban razmak između poluvodičkog kristala i podloge tijekom taljenja lema. To omogućuje pričvršćivanje kristala na podlogu s visokim stupnjem točnosti.

Na sl. Slika 1c prikazuje varijantu sklopa kristala s mekim izbočinama od kositrenog olovnog lema.

P
Spajanje takvog kristala na bazu kućišta provodi se konvencionalnim zagrijavanjem bez dodatnog pritiska na kristal. Lem kontaktnih izbočina tijekom zagrijavanja i taljenja ne širi se po površini kalajisanih dijelova baze tijela zbog sila površinske napetosti. To, osim toga, osigurava određeni razmak između kristala i supstrata.

Razmatrana metoda pričvršćivanja IC kristala na podnožje kućišta ili na bilo koju ploču omogućuje u velikoj mjeri mehanizaciju i automatizaciju procesa montaže.

Navarivanje pomoću eutektičkih legura. Ova metoda pričvršćivanja poluvodičkih čipova na bazu paketa temelji se na formiranju rastaljene zone u kojoj su otopljeni površinski sloj poluvodičkog materijala i metalni sloj baze paketa.

U industriji se široko koriste dvije eutektičke legure: zlato-silicij (talište 370°C) i zlato-germanij (točka tališta 356°C). Proces eutektičkog pričvršćivanja kristala na bazu kućišta ima dvije varijante. Prvi tip temelji se na korištenju brtve od eutektičke legure, koja se nalazi između spojenih elemenata: kristala i kućišta. Kod ove vrste spajanja površina baze kućišta mora biti pozlaćena u obliku tankog filma, a površina poluvodičkog čipa ne smije biti pozlaćena (za silicij i germanij) ili prekrivena tankim slojem. sloj zlata (u slučaju pričvršćivanja drugih poluvodičkih materijala). Kada se takav sastav zagrije na temperaturu taljenja eutektičke legure, između spojenih elemenata (kristalna baza tijela) nastaje tekuća zona. U ovoj zoni tekućine, s jedne strane, otapanje sloja poluvodičkog materijala kristala (ili sloja zlata taloženog na površini kristala).

Nakon što se cijeli sustav ohladi (osnova tijela je eutektički kristal talina-poluvodič), tekuća zona eutektičke legure se skrutne, a na granici poluvodič-eutektička legura nastaje čvrsta otopina. Kao rezultat ovog procesa nastaje mehanički čvrsta veza poluvodičkog materijala s bazom paketa.

Drugi tip eutektičkog pričvršćivanja kristala na bazu kućišta obično se provodi za kristale silicija ili germanija. Za razliku od prvog tipa, brtva od eutektičke legure ne koristi se za pričvršćivanje kristala. U ovom slučaju, tekuća zona eutektičke taline nastaje kao rezultat zagrijavanja sastava pozlaćene baze kristala tijela silicija (ili germanija). Pogledajmo pobliže ovaj proces. Ako se na površinu baze kućišta, koja ima tanak sloj zlatne prevlake, stavi silikonski kristal bez zlatnog premaza, te se cijeli sustav zagrije na temperaturu od 40-50°C višu od temperature kućišta. zlato-silicij eutektika, tada nastaje tekuća faza eutektičkog sastava između spojenih elemenata. Budući da je proces legiranja sloja zlata sa silicijem neravnotežan, količina silicija i zlata otopljenog u zoni tekućine bit će određena debljinom zlatnog premaza, temperaturom i vremenom procesa legiranja. Pri dovoljno dugim ekspozicijama i konstantnoj temperaturi, proces legiranja zlata sa silicijem približava se ravnoteži i karakterizira ga konstantan volumen zlato-silicij tekuće faze. Prisutnost velike količine tekuće faze može dovesti do njenog istjecanja ispod kristala silicija na njegovu periferiju. Tijekom skrućivanja, propušteni eutektik dovodi do stvaranja dovoljno velikih mehaničkih naprezanja i ljuski u kristalnoj strukturi silicija, što naglo smanjuje čvrstoću strukture legure i pogoršava njezine električne parametre.

Pri minimalnim vrijednostima vremena i temperature, fuzija zlata sa silicijem se ne događa ravnomjerno na cijelom području kontakta između kristala i baze kućišta, već samo na njegovim pojedinačnim točkama.

Kao rezultat, smanjuje se čvrstoća spoja legure, povećava se električni i toplinski otpor kontakta, a pouzdanost rezultirajuće armature smanjuje.

Stanje površina izvornih spojenih elemenata ima značajan utjecaj na proces eutektičke fuzije. Prisutnost kontaminanata na tim površinama dovodi do pogoršanja vlaženja dodirnih površina s tekućom fazom i neravnomjernog otapanja.

lijepljenje je proces međusobnog spajanja elemenata, koji se temelji na adhezivnim svojstvima određenih materijala, koji omogućuju dobivanje mehanički čvrstih veza između poluvodičkih kristala i baza kućišta (metalnih, staklenih ili keramičkih). Čvrstoća lijepljenja određena je silom ljepila između ljepila i spojenih površina elemenata.

Spajanje različitih elemenata integriranih krugova omogućuje spajanje najrazličitijih materijala u raznim kombinacijama, pojednostavljuje dizajn sklopa, smanjuje njegovu masu, smanjuje potrošnju skupih materijala, izbjegava upotrebu lemova i eutektičkih legura te uvelike pojednostavljuje tehnološki procesi sklapanja najsloženijih poluvodičkih uređaja i IC-a.

Kao rezultat lijepljenja, moguće je dobiti armature i složene kompozicije s električnim izolacijskim, optičkim i vodljivim svojstvima. Pričvršćivanje kalupa na bazu paketa postupkom lijepljenja neophodno je za montažu i ugradnju hibridnih, monolitnih i optoelektronskih elemenata sklopa.

Prilikom lijepljenja kristala na podnožje kućišta koriste se različite vrste ljepila: izolacijska, vodljiva, svjetlovodna i toplinska. Prema aktivnosti interakcije između ljepila i površina koje se lijepe razlikuju se polarne (na bazi epoksidnih smola) i nepolarne (na bazi polietilena).

Kvaliteta procesa lijepljenja uvelike ovisi ne samo o svojstvima ljepila, već i o stanju površina elemenata koji se lijepe. Da bi se dobila čvrsta veza, potrebno je pažljivo obraditi i očistiti površine koje se lijepe. Temperatura igra važnu ulogu u procesu spajanja. Dakle, kod lijepljenja konstrukcijskih elemenata koji u naknadnim tehnološkim operacijama nisu izloženi visokim temperaturama mogu se koristiti ljepila za hladno stvrdnjavanje na bazi epoksida. Za lijepljenje kristala silicija na metalne ili keramičke podloge kućišta obično se koristi ljepilo VK-2, koje je otopina organosilicijske smole u organskom otapalu s fino dispergiranim azbestom kao aktivnim punilom ili VK-32-200, u kojem se staklo ili kvarc se koristi kao punilo.

Tehnološki proces lijepljenja poluvodičkih kristala provodi se u posebnim montažnim kasetama koje osiguravaju željenu orijentaciju kristala na podnožju kućišta i potrebno ga pritiskanje na bazu. Sastavljene kasete, ovisno o korištenom ljepljivom materijalu, podvrgavaju se određenoj toplinskoj obradi ili čuvaju na sobnoj temperaturi.

Posebne skupine su električno vodljiva i optička ljepila koja se koriste za lijepljenje elemenata i sklopova hibridnih i optoelektronskih IC-a. Konduktivna ljepila su sastavi na bazi epoksidnih i organosilicijskih smola s dodatkom praha srebra ili nikla. Među njima, najčešće korištena ljepila su AS-40V, EK-A, EK-B, K-3, EVT i KN-1, koji su pastozne tekućine sa specifičnim električnim otporom od 0,01-0,001 Ohm-cm i rasponom radne temperature od -60 do +150°S. Optička ljepila podliježu dodatnim zahtjevima za vrijednost indeksa loma i prijenos svjetlosti. Najviše korištena optička ljepila OK.-72 F, OP-429, OP-430, OP-ZM.

Glavni parametri termokompresijskog načina zavarivanja su specifični tlak, temperatura zagrijavanja i vrijeme zavarivanja Specifični tlak se odabire ovisno o dopuštenom naprezanju kompresije poluvodičkog kristala i dopuštenoj deformaciji materijala zavarenog olova. Vrijeme zavarivanja odabire se eksperimentalno.

Relativna deformacija tijekom termokompresijskog zavarivanja

,

gdje je d promjer žice, mikroni; b-širina spoja, mikrona.

Pritisak na alat se određuje na temelju raspodjele naprezanja u fazi dovršetka deformacije:

,

G

de A-koeficijent koji karakterizira promjenu naprezanja tijekom deformacije žice; f je smanjeni koeficijent trenja, koji karakterizira trenje između alata, žice i podloge; - relativna deformacija; - Granica tečenja žičanog materijala pri temperaturi deformacije; d je promjer žice; D je promjer alata za prešanje, obično jednak (2h3)d.

Riža. 2. Nomogram za odabir načina termokompresijskog zavarivanja:

a - zlatna žica s aluminijskim filmom; b- aluminijska žica s aluminijskom folijom

Na sl. Slika 2 prikazuje nomograme načina termokompresijskog zavarivanja zlatne (a) i aluminijske (b) žice s aluminijskim kontaktnim jastučićima. Ovi nomogrami omogućuju optimalan odabir odnosa između tlaka, temperature i vremena.

Termokompresijsko zavarivanje ima dosta sorti koje se mogu klasificirati po načinu zagrijavanja, po načinu pričvršćivanja, po obliku alata. Prema načinu zagrijavanja, termokompresijsko zavarivanje razlikuje se odvojenim zagrijavanjem igle, kristala ili bušotine, kao i istovremenim zagrijavanjem dvaju od ovih elemenata. Prema načinu spajanja, termokompresijsko zavarivanje može biti čeono i preklopno. Prema obliku instrumenta razlikuju se “ptičji kljun”, “klin”, “kapilara” i “igla” (slika 14.3).

Kod zavarivanja alatom "ptičji kljun" isti uređaj dovodi žicu, pričvršćuje je na kontaktne jastučiće integriranog kruga i automatski se lomi ne puštajući je iz "kljuna". Alat u obliku "klina" pritišće kraj žice na podlogu, pri čemu se ne utiskuje cijela žica, već samo njen središnji dio. Prilikom zavarivanja "kapilarnim alatom" žica prolazi kroz njega. Kapilarni vrh istovremeno služi kao alat koji prenosi pritisak na žicu. Prilikom zavarivanja „iglom“, kraj žičane žice se posebnim mehanizmom dovodi u zonu zavarivanja i stavlja na kontaktnu podlogu, a zatim se pritisne iglom određenom silom.

R

je. 3. Vrste alata za termokompresijsko zavarivanje:

a- "ptičji kljun"; b- "klin"; c- "kapilara"; "igla" g.

Za izvođenje procesa termokompresijskog zavarivanja koriste se razne instalacije, čije su glavne komponente: radni stol sa ili bez grijaćeg stupa, mehanizam za stvaranje pritiska na pričvršćenom terminalu, radni alat, mehanizam za dovod i prekidna žica za terminale, mehanizam za dovod kristala ili dijelova s ​​pričvršćenim na njih kristalom; mehanizam za kombiniranje spojenih elemenata, optički sustav za vizualno promatranje procesa zavarivanja, pogonske i upravljačke jedinice. Svi navedeni čvorovi mogu imati drugačiji dizajn, ali je princip njihovog dizajna i priroda obavljenog posla isti.

Trenutno se koriste dvije metode elektrootpornog zavarivanja za spajanje vodova na kontaktne jastučiće kristala integriranog kruga: s jednostranim rasporedom dvije elektrode i s jednostranim rasporedom jedne dvostruke elektrode. Druga metoda razlikuje se od prve po tome što su radne elektrode izrađene u obliku dva strujna elementa odvojena jedan od drugog izolacijskim odstojnikom. U trenutku pritiskanja takve elektrode na žičani vod i prolaska struje elektrode kroz formirani sustav, na mjestu kontakta oslobađa se velika količina topline. Vanjski pritisak u kombinaciji sa zagrijavanjem dijelova do temperature plastičnosti ili taljenja dovodi do njihovog čvrstog povezivanja.

Mehanizam za dovod kristala uključuje set kaseta, a kombinirani mehanizam uključuje sustav manipulatora koji vam omogućuju postavljanje kristala u željeni položaj. Optički vizualni sustav za promatranje sastoji se od mikroskopa ili projektora. Napajanje i upravljačka jedinica omogućuju vam da postavite način rada zavarivanja te da ga obnovite i prilagodite prilikom promjene vrste kristala i izlaznog materijala.

Hladno zavarivanje. Metoda hladnog brtvljenja široko se koristi u elektroničkoj industriji. U onim slučajevima kada je kod brtvljenja originalnih dijelova trupa njihovo zagrijavanje neprihvatljivo i potrebna je visoka čistoća procesa, koristi se zavarivanje pod hladnim tlakom. Osim toga, hladno zavarivanje osigurava čvrstu hermetičku vezu najčešće korištenih različitih metala (bakar, nikal, kovar i čelik).

Nedostaci ove metode uključuju prisutnost značajne deformacije dijelova tijela na spoju, što dovodi do značajne promjene oblika i ukupnih dimenzija gotovih proizvoda.

Promjena vanjskog promjera tijela uređaja ovisi o debljini izvornih zavarenih dijelova. Promjena vanjskog promjera gotovog uređaja nakon postupka hladnog zavarivanja

gdje je debljina ramena gornjeg dijela prije zavarivanja; - debljina ramena donjeg dijela prije zavarivanja.

Od velike važnosti za postupak hladnog zavarivanja je prisutnost oksidnog filma na površini dijelova koji se spajaju. Ako je ovaj film duktilni i mekši od osnovnog metala, tada se pod pritiskom širi u svim smjerovima i razrjeđuje, čime se odvajaju čiste metalne površine, zbog čega ne dolazi do zavarivanja. Ako je oksidni film krhkiji i tvrđi od metala koji pokriva, tada pod pritiskom puca, a pucanje se javlja jednako na oba dijela koja se spajaju. Kontaminanti prisutni na površini filma pakirani su s obje strane u svojevrsna pakiranja, čvrsto stegnuta na rubovima. Daljnji porast tlaka dovodi do širenja čistog metala na periferna područja. Najveće širenje događa se u srednjoj ravnini formiranog šava, zbog čega se svi paketi s nečistoćama istiskuju, a čiste metalne površine, ulazeći u međuatomske interakcije, čvrsto prianjaju jedna uz drugu.

Dakle, krhkost i tvrdoća su glavne kvalitete oksidnog filma, koje osiguravaju čvrstu vezu. Budući da za većinu metala debljina premaza s oksidnim filmovima ne prelazi 10-7 cm, dijelovi izrađeni od takvih metala su poniklani ili kromirani prije zavarivanja. Filmovi od nikla i kroma imaju dovoljnu tvrdoću i krhkost i stoga značajno poboljšavaju zavareni spoj.

Prije izvođenja postupka hladnog zavarivanja svi dijelovi se odmašćuju, peru i suše. Za kvalitetno spajanje dva metalna dijela potrebno je osigurati dovoljnu deformaciju, plastičnost i čistoću dijelova koji se zavaruju.

Stupanj deformacije K tijekom hladnog zavarivanja trebao bi biti u rasponu od 75-85%:

,

gdje je 2H ukupna debljina dijelova koji se zavaruju; t je debljina zavara.

Čvrstoća zavarivanja

gdje je P sila loma; D je promjer otiska izbočine bušilice; H je debljina jednog od dijelova koji se zavaruju s najmanjom veličinom; - vlačna čvrstoća s najmanjom vrijednošću.

Za dijelove karoserije pri hladnom zavarivanju preporučuju se sljedeće kombinacije materijala: bakar MB-bakar MB, bakar MB-bakar M1, bakar MB-čelik 10, legura N29K18 (kovar)-bakar MB, kovar-bakar M1.

Kritični pritisci potrebni za plastičnu deformaciju i hladno zavarivanje, na primjer, za kombinaciju bakra i bakra su 1,5 * 109 N / m2, za kombinaciju bakar - kovar su 2 * 109 N / m2.

Plastično brtvljenje. Skupo brtvljenje stakla, stakla na metal, kermeta i metalnih kućišta sada se uspješno zamjenjuje plastičnim brtvljenjem. ) U nekim slučajevima to povećava pouzdanost uređaja i IC-a, jer se eliminira kontakt poluvodičkog kristala s plinovitim medijem unutar kućišta.

Plastično brtvljenje omogućuje vam pouzdanu izolaciju kristala od vanjskih utjecaja i osigurava visoku mehaničku i električnu čvrstoću strukture. Za brtvljenje IC-a široko se koristi plastika na bazi epoksidnih, organosilicijskih i poliesterskih smola.

Glavne metode brtvljenja su izlijevanje, omotavanje i prešanje pod pritiskom. Kod brtvljenja izlijevanjem koriste se šuplji kalupi u koje se stavljaju poluvodički kristali s zalemljenim vanjskim vodovima. Kalupi su punjeni plastikom.

Kod zatvaranja uređaja omotanjem uzimaju se dva (ili više) vodova od trakavog ili žičanog materijala, međusobno se spajaju staklenom ili plastičnom perlicom, a na jedan od vodova zalemljen je poluvodički kristal, a električni kontaktni vodiči spojeni su na drugi (drugi) vod. Tako dobiveni sklop zapečaćen je plastičnim omotom.

Najperspektivniji način rješavanja problema sastavljanja i brtvljenja uređaja je brtvljenje kristala aktivnim elementima na metalnoj vrpci, nakon čega slijedi brtvljenje plastikom. Prednost ove metode brtvljenja je mogućnost mehanizacije i automatizacije procesa montaže različitih tipova IC-a. Glavni strukturni element plastičnog kućišta je metalna traka. Za odabir profila metalne trake potrebno je polaziti od veličine kristala, toplinskih karakteristika uređaja, mogućnosti ugradnje gotovih uređaja na tiskanu ploču elektroničkog sklopa, maksimalne čvrstoće na kidanje od kućište i jednostavnost dizajna.

Tehnološka shema plastičnog brtvljenja uređaja uključuje glavne faze planarne tehnologije. Poluvodički kristali s aktivnim elementima pričvršćeni su na metalnu traku obloženu zlatom, eutektičkim legiranjem zlata sa silicijem, ili konvencionalnim lemljenjem. Metalna traka se izrađuje od kovara, bakra, molibdena, čelika, nikla.

Prijave

R

je. 3. Shema sklopa ventilatora

R
je. 4. Montažna shema s osnovnim dijelom

R

je. 5. Dijagram sklapanja (a) i IC dio (b) u okruglom kućištu:

1 balon; 2-spojni vodiči; 3-kristal; 4-pinski jastučići; 5-lem; kapa sa 6 nogu; 7-staklo; 8-zaključci; 9-split vodi sa staklom; 10-spoj elektrokontaktnim zavarivanjem cilindra i noge; 11-plastični sloj (guma)

Riža. 6. Shema spajanja (montaže) kristala s kugličnim vodovima i podlogom lemljenjem:

1
-kristal; 2-pinski jastučić; 3-staklo; 4-kuglica bakar; 5-bakreni jastuk; 6-lem (visoka temperatura); 7-lem (niska temperatura); 8-olovo iz AgPb legure; 9-supstrat.

Riža. 7. Shema spajanja (montaže) kristala s vodovima snopa i podlogom lemljenjem:

1-olova zlatne grede; 2-silicidna ploča; 3-kristal; 4-silicij nitrid; 5-platina; 6-titan; 7-supstrat; Jastučić od 8 zlata.

Riža. 8. Dijagram montažne linije integriranog kruga

Trake za prijenos koriste se na montažnoj traci. Montaža i transport se izvode na kovar traci, koja je podvrgnuta fotolitografiji u presjecima L i B kako bi se dobili zaključci 2 (slika 10, a). U odjeljcima C, D i D, na temelju trake s olovnim okvirima, izrađuju se kućišta instrumenata s pozlaćenim vodovima. Komadi trake s kućištima šalju se na montažu. Traka 2, koja se odmotava od koluta 1, pere se i odmašćuje u kadi 3 i nanosi fotorezistom u kadu 4, eksponira u jedinici 5 ultraljubičastom lampom 7. Ulogu maske u jedinici obavlja traka 6 koja se neprekidno kreće sinkrono trakom 2. Zatim se trake ispiru u kupkama 8 i 9. Vode okvira 2 (slika 10, a) i perforacije se urezuju u kadu 10. Sloj fotorezista se uklanja u kadi 11, a traka se suši na izlazu . Dobivene perforacije služe za zatezanje i pomicanje trake uz pomoć zvjezdice 12. U instalaciji 13 na obje strane olovne trake lijepljena je prijenosna traka sa slojem lemnog stakla. Rezultirajući sustav se ispaljuje, ljepljivi sloj izgara, a staklo je zalemljeno na metal glavne trake (slika 10, b). Hlađenje na sobnu temperaturu vrši se u komori 14. Pomoću uređaja 15 na staklene slojeve se lijepe maskirne trake s prozorima kroz koje se u kadi 16 urezuju šupljine dok se ne otkriju unutarnji vodovi (slika 10, f).

P
tako dobiveni blokovi tijela od metalnih i staklenih traka dovode se u kadu 17 za pozlatu provodnika. Na uređaju 18 traka se reže na segmente s kućištima, koji se kroz transporter 19 dovode do sklopa. Kristal s gotovim strukturama spojen je pomoću kugličnih izbočina na terminalni sustav unutar dobivenog paketa obrnutim načinom montaže, licem prema dolje (slika 10, d). Kućište je zatvoreno u zaštitnom okruženju komadima kovar trake 7, koji su zalemljeni na podnožje staklom zagrijanim alatom (Sl. 10, e). Rezultirajući mikro krug prikazan je na Sl. 10, e

Riža. 9. Traka za prijenos:

1-noseći sloj; 2-transferni sloj; 3-ljepljivi sloj; Papir s 4 otpuštanja

R

je. 10. Shema automatiziranog sklapanja IC-a na vrpci:

1-nosna traka; 2- zaključci (nakon jetkanja); 3- perforacija za kretanje trake; 4-staklena traka za lemljenje; IC paket s 5 šupljina; 6-kristal s gotovim strukturama; 7 - tijelo; 8-poklopac; 9-alat za grijanje

Ministarstvo obrazovanja Ruske Federacije

Odjel: "Elektrotehnika".

tečajni projekt

Montaža poluvodičkih uređaja i integriranih sklopova

Završeno: st-t gr. EPU - 32

Kozačuk Vitalij Mihajlovič

Provjerio: izv. prof

Šumarin Viktor Prakofjevič

Saratov 2000

MONTAŽA POLUVODIČKIH UREĐAJA

I INTEGRIRANI MIKROKRUG

Značajke procesa montaže

Montaža poluvodičkih uređaja i integriranih sklopova najdugotrajnija je i najodgovornija tehnološka faza u cjelokupnom ciklusu njihove proizvodnje. Stabilnost električnih parametara i pouzdanost gotovih proizvoda u velikoj mjeri ovise o kvaliteti montažnih operacija.

Faza montaže započinje nakon završetka grupne obrade poluvodičkih pločica planarnom tehnologijom i njihovog odvajanja u pojedinačne elemente (kristale). Ti kristali mogu imati najjednostavniju (diodnu ili tranzistorsku) strukturu ili sadržavati složeni integrirani sklop (s velikim brojem aktivnih i pasivnih elemenata) i dolaziti do sklopa diskretnih, hibridnih ili monolitnih sastava.

Teškoća procesa montaže leži u činjenici da svaka klasa diskretnih uređaja i IC-a ima svoje vlastite značajke dizajna koje zahtijevaju dobro definirane montažne operacije i načine njihove implementacije.

Proces montaže uključuje tri glavne tehnološke operacije: pričvršćivanje kristala na bazu kućišta; spajanje strujnih vodi aktivnih i pasivnih elemenata poluvodičkog kristala na unutarnje elemente kućišta; zatvaranje kristala od vanjskog okruženja.

Pričvršćivanje kristala na bazu kućišta

Pričvršćivanje kristala poluvodičkog uređaja ili IC-a na bazu paketa provodi se postupcima lemljenja, fuzije pomoću eutektičkih legura i lijepljenja.

Glavni zahtjev za operaciju pričvršćivanja kristala je stvaranje veze između kristala i baze kućišta, koja ima visoku mehaničku čvrstoću, dobru električnu i toplinsku vodljivost.

Lemljenje- proces spajanja dva različita dijela bez njihovog taljenja, koristeći treću komponentu koja se zove lem. Značajka procesa lemljenja je da je lem tijekom formiranja lemnog spoja u tekućem stanju, a dijelovi koji se spajaju su u čvrstom stanju.

Bit procesa lemljenja je kako slijedi. Ako se između dijelova koji se spajaju stave jastučići za lemljenje i cijeli sastav se zagrije na temperaturu taljenja lema, odvijat će se sljedeća tri fizikalna procesa. Prvo, rastaljeni lem vlaži površine dijelova koji se spajaju. Nadalje, na navlaženim mjestima odvijaju se procesi međuatomske interakcije između lema i svakog od dva materijala koja se njime vlaži. Kod vlaženja moguća su dva procesa: međusobno otapanje navlaženog materijala i lema ili njihova međusobna difuzija. Nakon što se zagrijani sastav ohladi, lem se skrutne. Time se stvara čvrst lemni spoj između sirovina i lema.

Proces lemljenja je dobro razumljiv, jednostavan i ne zahtijeva složenu i skupu opremu. U serijskoj proizvodnji elektroničkih proizvoda, lemljenje poluvodičkih kristala na baze kućišta vrši se u transportnim pećima visoke produktivnosti. Lemljenje se provodi u reducirajućem (vodik) ili neutralnom (dušik, argon) okruženju. U peć se ubacuju kasete s više mjesta, u koje se preliminarno postavljaju baze kućišta, dijelovi lemljenja i poluvodički kristali. Kada se transportna traka kreće, kaseta s dijelovima koji se spajaju uzastopno prolazi kroz zone grijanja, konstantne temperature i hlađenja. Brzina kretanja kasete i temperaturni režim postavljaju se i reguliraju u skladu s tehnološkim i dizajnerskim značajkama određene vrste poluvodičkog uređaja ili IC-a.

Uz transportne peći za lemljenje poluvodičkog kristala na podnožje kućišta koriste se instalacije koje imaju jednu individualnu grijanu poziciju, na koju je ugrađen samo jedan dio kućišta (noga) i jedan poluvodički kristal. Prilikom rada na takvoj instalaciji, operater pomoću manipulatora postavlja kristal na podnožje kućišta i proizvodi kratkotrajno zagrijavanje jedinice koja se spaja. Inertni plin se dovodi u zonu grijanja. Ovakav način spajanja dijelova daje dobre rezultate pod uvjetom da su površine kristala i podnožja kućišta koje se spajaju prethodno kalajisane.

Postupak pričvršćivanja kristala lemljenjem dijeli se na niskotemperaturni (do 400°C) i visokotemperaturni (iznad 400°C). Kao niskotemperaturni lemovi koriste se legure na bazi olova i kositra s dodacima (do 2%) antimona ili bizmuta. Dodavanje antimona ili bizmuta kositrenom olovnom lemu omogućuje izbjegavanje pojave "kositrene kuge" u gotovim uređajima i IC-ima tijekom njihovog rada i dugotrajnog skladištenja. Visokotemperaturni lemovi izrađuju se na bazi srebra (PSr-45, PSr-72 itd.).

Na proces lemljenja i kvalitetu dobivenog lemnog spoja dijelova snažno utječu čistoća metalnih površina koje se spajaju i korištenog lema, sastav atmosfere radnog procesa i prisutnost fluksa.

Postupak lemljenja najširu primjenu nalazi u montaži diskretnih poluvodičkih uređaja (diode, tranzistori, tiristori itd.). To se objašnjava činjenicom da proces lemljenja omogućuje postizanje dobrog električnog i toplinskog kontakta između poluvodičkog kristala i držača kristala kućišta, a površina kontaktne veze može biti prilično velika (za uređaje velike snage).

Proces lemljenja zauzima posebno mjesto kada je poluvodički kristal velike površine pričvršćen na bazu bakrenog kućišta. U ovom slučaju, za smanjenje termomehaničkih naprezanja nastalih zbog razlike u koeficijentima toplinskog širenja poluvodičkih materijala i bakra, molibdena i molibdena-volframa toplinski kompenzatori se široko koriste, čija je površina jednaka površini poluvodičkog kristala, i TC l-blizu TK l poluvodič. Takav složeni višestupanjski sastav s dva sloja lemljenja uspješno se koristi u montaži poluvodičkih uređaja srednje i velike snage.

Proces lemljenja dodatno je razvijen tijekom sastavljanja integriranih sklopova korištenjem tehnologije "okrenuti kristal". Ova tehnologija omogućuje preliminarnu izradu na planarnoj strani kristala s IC-om "loptastih vodova" ili "kontaktnih izbočina", koji su bakreni tuberkuli presvučeni lemom ili kositrom. Takav kristal se postavlja na površinu podloge ili na podnožje kućišta tako da su tuberkuli u određenim područjima u kontaktu s njim. Tako se kristal preokreće i njegova ravna strana, kroz tuberkule, dodiruje površinu baze kućišta.

Kratkotrajnim zagrijavanjem takvog sastava dolazi do snažne veze kontaktnih izbočina poluvodičkog kristala s bazom kućišta. Valja napomenuti da su oni dijelovi površine tijela s kojima su "izbočine" u kontaktu također prethodno kalajisani. Stoga je u trenutku zagrijavanja lem baze tijela spojen s lemom kontaktnih izbočina.

Na sl. jedan, a prikazana je varijanta pričvršćivanja IC čipa koji ima kontaktne izbočine od pokalajnog bakra na podlogu. Ovakav dizajn vodova ne boji se širenja lema po podlozi. Prisutnost visoke izbočine u obliku gljive osigurava potreban razmak između poluvodičkog kristala i podloge tijekom taljenja lema. To omogućuje pričvršćivanje kristala na podlogu s visokim stupnjem točnosti.

Na sl. jedan, v prikazana je varijanta sklopa kristala s mekim izbočinama od kositreno-olovnog lema.

Pričvršćivanje takvog kristala na bazu kućišta provodi se konvencionalnim zagrijavanjem bez dodatnog pritiska na kristal. Lem kontaktnih izbočina tijekom zagrijavanja i taljenja ne širi se po površini kalajisanih dijelova baze tijela zbog sila površinske napetosti. To, osim toga, osigurava određeni razmak između kristala i supstrata.

Razmatrana metoda pričvršćivanja IC kristala na podnožje kućišta ili na bilo koju ploču omogućuje u velikoj mjeri mehanizaciju i automatizaciju procesa montaže.

Navarivanje pomoću eutektičkih legura. Ova metoda pričvršćivanja poluvodičkih čipova na bazu paketa temelji se na formiranju rastaljene zone u kojoj su otopljeni površinski sloj poluvodičkog materijala i metalni sloj baze paketa.

U industriji se široko koriste dvije eutektičke legure: zlato-silicij (talište 370°C) i zlato-germanij (točka tališta 356°C). Proces eutektičkog pričvršćivanja kristala na bazu kućišta ima dvije varijante. Prvi tip temelji se na korištenju brtve od eutektičke legure, koja se nalazi između spojenih elemenata: kristala i kućišta. Kod ove vrste spajanja površina baze kućišta mora biti pozlaćena u obliku tankog filma, a površina poluvodičkog čipa ne smije biti pozlaćena (za silicij i germanij) ili prekrivena tankim slojem. sloj zlata (u slučaju pričvršćivanja drugih poluvodičkih materijala). Kada se takav sastav zagrije na temperaturu taljenja eutektičke legure, između spojenih elemenata (kristalna baza tijela) nastaje tekuća zona. U ovoj zoni tekućine, s jedne strane, otapanje sloja poluvodičkog materijala kristala (ili sloja zlata taloženog na površini kristala).

Nakon što se cijeli sustav ohladi (osnova tijela je eutektički kristal talina-poluvodič), tekuća zona eutektičke legure se skrutne, a na granici poluvodič-eutektička legura nastaje čvrsta otopina. Kao rezultat ovog procesa nastaje mehanički čvrsta veza poluvodičkog materijala s bazom paketa.

Drugi tip eutektičkog pričvršćivanja kristala na bazu kućišta obično se provodi za kristale silicija ili germanija. Za razliku od prvog tipa, brtva od eutektičke legure ne koristi se za pričvršćivanje kristala. U ovom slučaju, tekuća zona eutektičke taline nastaje kao rezultat zagrijavanja sastava pozlaćene baze kristala tijela silicija (ili germanija). Pogledajmo pobliže ovaj proces. Ako se na površinu baze kućišta, koja ima tanak sloj zlatne prevlake, stavi silikonski kristal bez zlatnog premaza, te se cijeli sustav zagrije na temperaturu od 40-50°C višu od temperature kućišta. zlato-silicij eutektika, tada nastaje tekuća faza eutektičkog sastava između spojenih elemenata. Budući da je proces legiranja sloja zlata sa silicijem neravnotežan, količina silicija i zlata otopljenog u zoni tekućine bit će određena debljinom zlatnog premaza, temperaturom i vremenom procesa legiranja. Pri dovoljno dugim ekspozicijama i konstantnoj temperaturi, proces legiranja zlata sa silicijem približava se ravnoteži i karakterizira ga konstantan volumen zlato-silicij tekuće faze. Prisutnost velike količine tekuće faze može dovesti do njenog istjecanja ispod kristala silicija na njegovu periferiju. Tijekom skrućivanja, propušteni eutektik dovodi do stvaranja dovoljno velikih mehaničkih naprezanja i ljuski u kristalnoj strukturi silicija, što naglo smanjuje čvrstoću strukture legure i pogoršava njezine električne parametre.

Pri minimalnim vrijednostima vremena i temperature, fuzija zlata sa silicijem se ne događa ravnomjerno na cijelom području kontakta između kristala i baze kućišta, već samo na njegovim pojedinačnim točkama.

Kao rezultat, smanjuje se čvrstoća spoja legure, povećava se električni i toplinski otpor kontakta, a pouzdanost rezultirajuće armature smanjuje.

Stanje površina izvornih spojenih elemenata ima značajan utjecaj na proces eutektičke fuzije. Prisutnost kontaminanata na tim površinama dovodi do pogoršanja vlaženja dodirnih površina s tekućom fazom i neravnomjernog otapanja.

lijepljenje je proces međusobnog spajanja elemenata, koji se temelji na adhezivnim svojstvima određenih materijala, koji omogućuju dobivanje mehanički čvrstih veza između poluvodičkih kristala i baza kućišta (metalnih, staklenih ili keramičkih). Čvrstoća lijepljenja određena je silom ljepila između ljepila i spojenih površina elemenata.

Spajanje različitih elemenata integriranih krugova omogućuje spajanje najrazličitijih materijala u raznim kombinacijama, pojednostavljuje dizajn sklopa, smanjuje njegovu masu, smanjuje potrošnju skupih materijala, izbjegava upotrebu lemova i eutektičkih legura te uvelike pojednostavljuje tehnološki procesi sklapanja najsloženijih poluvodičkih uređaja i IC-a.

Kao rezultat lijepljenja, moguće je dobiti armature i složene kompozicije s električnim izolacijskim, optičkim i vodljivim svojstvima. Pričvršćivanje kalupa na bazu paketa postupkom lijepljenja neophodno je za montažu i ugradnju hibridnih, monolitnih i optoelektronskih elemenata sklopa.

Prilikom lijepljenja kristala na podnožje kućišta koriste se različite vrste ljepila: izolacijska, vodljiva, svjetlovodna i toplinska. Prema aktivnosti interakcije između ljepila i površina koje se lijepe razlikuju se polarne (na bazi epoksidnih smola) i nepolarne (na bazi polietilena).

Kvaliteta procesa lijepljenja uvelike ovisi ne samo o svojstvima ljepila, već i o stanju površina elemenata koji se lijepe. Da bi se dobila čvrsta veza, potrebno je pažljivo obraditi i očistiti površine koje se lijepe. Temperatura igra važnu ulogu u procesu spajanja. Dakle, kod lijepljenja konstrukcijskih elemenata koji u naknadnim tehnološkim operacijama nisu izloženi visokim temperaturama mogu se koristiti ljepila za hladno stvrdnjavanje na bazi epoksida. Za lijepljenje kristala silicija na metalne ili keramičke podloge kućišta obično se koristi ljepilo VK-2, koje je otopina organosilicijske smole u organskom otapalu s fino dispergiranim azbestom kao aktivnim punilom ili VK-32-200, u kojem se staklo ili kvarc se koristi kao punilo.

Tehnološki proces lijepljenja poluvodičkih kristala provodi se u posebnim montažnim kasetama koje osiguravaju željenu orijentaciju kristala na podnožju kućišta i potrebno ga pritiskanje na bazu. Sastavljene kasete, ovisno o korištenom ljepljivom materijalu, podvrgavaju se određenoj toplinskoj obradi ili čuvaju na sobnoj temperaturi.

Posebne skupine su električno vodljiva i optička ljepila koja se koriste za lijepljenje elemenata i sklopova hibridnih i optoelektronskih IC-a. Konduktivna ljepila su sastavi na bazi epoksidnih i organosilicijskih smola s dodatkom praha srebra ili nikla. Među njima, najčešće korištena ljepila su AS-40V, EK-A, EK-B, K-3, EVT i KN-1, koji su pastozne tekućine sa specifičnim električnim otporom od 0,01-0,001 Ohm-cm i rasponom radne temperature od -60 do +150°S. Optička ljepila podliježu dodatnim zahtjevima za vrijednost indeksa loma i prijenos svjetlosti. Najviše korištena optička ljepila OK.-72 F, OP-429, OP-430, OP-ZM.

Priključci za spajanje

U suvremenim poluvodičkim uređajima i integriranim sklopovima, u kojima je veličina kontaktnih jastučića nekoliko desetaka mikrometara, proces pričvršćivanja izvoda jedna je od najzahtjevnijih tehnoloških operacija.

Trenutno se koriste tri vrste zavarivanja za spajanje vodova na kontaktne jastučiće integriranih krugova: termokompresijsko, elektrokontaktno i ultrazvučno.

Termokompresijsko zavarivanje omogućuje spajanje električnih vodova debljine nekoliko desetaka mikrometara na omske kontakte kristala promjera od najmanje 20-50 mikrona, a električni vod se može spojiti izravno na površinu poluvodiča bez srednjeg metalnog premaza kako slijedi. Tanka zlatna ili aluminijska žica nanese se na kristal i pritisne zagrijanom šipkom. Nakon kratke ekspozicije, žica se čvrsto zalijepi za površinu kristala. Adhezija nastaje zbog činjenice da čak i pri niskim specifičnim pritiscima koji djeluju na poluvodički kristal i ne uzrokuju njegovo uništenje, lokalni pritisak u mikroizbočinama na površini može biti vrlo velik. To dovodi do plastične deformacije izbočina, što je olakšano zagrijavanjem na temperaturu ispod eutektičke temperature za određeni metal i poluvodič, što ne uzrokuje nikakve promjene u kristalnoj strukturi. Trajna deformacija (curenje) mikroizbočina i mikrošupljina uzrokuje snažno prianjanje i pouzdan kontakt zbog van der Waalsovih kohezivnih sila, a s povećanjem temperature veća je vjerojatnost kemijske veze između materijala koji se spajaju. Termičko kompresijsko zavarivanje ima sljedeće prednosti:

a) dijelovi su spojeni bez taljenja materijala koji se zavaruju;

b) specifični tlak primijenjen na kristal ne dovodi do mehaničkog oštećenja poluvodičkog materijala;

c) spojevi se dobivaju bez kontaminacije, budući da se ne koriste lemovi i tokovi.

Nedostaci uključuju nisku produktivnost procesa.

Termokompresijsko zavarivanje može se izvesti preklapanjem i čeonim spojevima. Prilikom zavarivanja s preklapanjem, električni žičani vod, kao što je navedeno, postavlja se na kontaktnu podlogu poluvodičkog kristala i pritisne uz njega posebnim alatom dok se vod ne deformira. Os izlaza žice tijekom zavarivanja paralelna je s ravninom kontaktne pločice. Prilikom sučeonog zavarivanja, vod žice je sučeono zavaren na kontaktnu pločicu. Os žičanog voda na mjestu spajanja okomita je na ravninu kontaktne pločice.

Zavarivanje u preklop osigurava čvrst spoj poluvodičkog kristala sa žičanim vodovima od zlata, aluminija, srebra i drugih duktilnih metala, a čeono zavarivanje samo sa zlatnim vodovima. Debljina žičanih vodova može biti 15-100 µm.

Vodove možete spojiti i na čiste poluvodičke kristale i na kontaktne jastučiće obložene slojem raspršenog zlata ili aluminija. Pri korištenju čistih kristalnih površina povećava se kontaktni otpor i pogoršavaju se električni parametri uređaja.

Elementi koji su podvrgnuti termokompresijskom zavarivanju prolaze određenu tehnološku obradu. Površina poluvodičkog kristala obložena slojem zlata ili aluminija se odmašćuje.

Zlatna žica se žari na 300-600°C 5-20 minuta, ovisno o načinu spajanja dijelova. Aluminijska žica se kiseli u zasićenoj otopini natrijevog hidroksida na 80°C 1-2 minute, ispere destiliranom vodom i osuši.

Glavni parametri termokompresijskog načina zavarivanja su specifični tlak, temperatura zagrijavanja i vrijeme zavarivanja Specifični tlak se odabire ovisno o dopuštenom naprezanju kompresije poluvodičkog kristala i dopuštenoj deformaciji materijala zavarenog olova. Vrijeme zavarivanja odabire se eksperimentalno.

gdje d- promjer žice, mikroni; b- širina spoja, mikroni.

Pritisak na alat se određuje na temelju raspodjele naprezanja u fazi dovršetka deformacije:

gdje A-koeficijent koji karakterizira promjenu naprezanja u procesu deformacije žice; f- smanjeni koeficijent trenja koji karakterizira trenje između alata, žice i podloge; - relativna deformacija; - Granica tečenja žičanog materijala pri temperaturi deformacije; d- Promjer žice; D- promjer alata za stezanje, obično jednak (2÷3) d.

Riža. 2. Nomogram za odabir načina termokompresijskog zavarivanja:

a- zlatna žica s aluminijskim filmom; b- aluminijska žica s aluminijskom folijom

Na sl. Slika 2 prikazuje nomograme načina termokompresijskog zavarivanja zlatne (a) i aluminijske (b) žice s aluminijskim kontaktnim jastučićima. Ovi nomogrami omogućuju optimalan odabir odnosa između tlaka, temperature i vremena.

Termokompresijsko zavarivanje ima dosta varijanti koje se mogu klasificirati prema načinu grijanja, prema načinu pričvršćivanja, prema obliku alata. Prema načinu zagrijavanja, termokompresijsko zavarivanje razlikuje se odvojenim zagrijavanjem igle, kristala ili bušotine, kao i istovremenim zagrijavanjem dvaju od ovih elemenata. Prema načinu spajanja, termokompresijsko zavarivanje može biti čeono i preklopno. Prema obliku instrumenta razlikuju se “ptičji kljun”, “klin”, “kapilara” i “igla” (slika 14.3).

Kod zavarivanja alatom "ptičji kljun" isti uređaj dovodi žicu, pričvršćuje je na kontaktne jastučiće integriranog kruga i automatski se lomi ne puštajući je iz "kljuna". Alat u obliku "klina" pritišće kraj žice na podlogu, pri čemu se ne utiskuje cijela žica, već samo njen središnji dio. Prilikom zavarivanja "kapilarnim alatom" žica prolazi kroz njega. Kapilarni vrh istovremeno služi kao alat koji prenosi pritisak na žicu. Prilikom zavarivanja „iglom“, kraj žičane žice se posebnim mehanizmom dovodi u zonu zavarivanja i stavlja na kontaktnu podlogu, a zatim se pritisne iglom određenom silom.

Riža. 3. Vrste alata za termokompresijsko zavarivanje:

a- "ptičji kljun"; b- "klin"; v- "kapilara"; G- "igla"

Za izvođenje procesa termokompresijskog zavarivanja koriste se razne instalacije, čije su glavne komponente: radni stol sa ili bez grijaćeg stupa, mehanizam za stvaranje pritiska na pričvršćenom terminalu, radni alat, mehanizam za dovod i prekidna žica za terminale, mehanizam za dovod kristala ili dijelova s ​​pričvršćenim na njih kristalom; mehanizam za kombiniranje spojenih elemenata, optički sustav za vizualno promatranje procesa zavarivanja, pogonske i upravljačke jedinice. Svi navedeni čvorovi mogu imati drugačiji dizajn, ali je princip njihovog dizajna i priroda obavljenog posla isti.

Dakle, radni stol svih instalacija služi za fiksiranje kristala ili paketa integriranog kruga u određenom položaju. Obično je radni stol termokompresijskih jedinica izmjenjiv, što omogućuje fiksiranje kristala različitih veličina i geometrijskih oblika. Stupac za grijanje služi za zagrijavanje kristala ili kućišta na potrebnu temperaturu i omogućuje podešavanje unutar 50-500°C s točnošću podešavanja od +5°C. Mehanizam za stvaranje tlaka je dizajniran da pritisne olovo na kontaktnu podlogu kristala i omogućuje regulaciju sile od 0,01 do 5 N s točnošću od ±5%. Radni alat je jedna od glavnih komponenti termokompresijske jedinice. Izrađuje se od tvrdih legura kao što su VK-6M, VK-15 (za "ptičji kljun" i "kapilarni" alat)

ili od sintetičkog korunda (za "klin" i "iglu"). Dizajn mehanizma za dovođenje i otkidanje žice ovisi o vrsti instalacije i obliku radnog alata. Postoje dvije metode odvajanja koje se najviše koriste; poluga i elektromagnetska. Proces otkidanja žice nakon izrade termokompresijskog spoja na čipu integriranog kruga bez narušavanja njegove čvrstoće uvelike ovisi o značajkama dizajna mehanizma. Mehanizam za dovod kristala ili dijelova na mjesto zavarivanja su obične stezaljke ili složene kazete postavljene na radni stol instalacije. Najveća produktivnost postiže se korištenjem kazeta s metalnom trakom, na kojoj su kućišta ili kristali preliminarno orijentirani u zadanoj ravnini iu određenom položaju. Mehanizam poravnanja obično uključuje manipulatore koji omogućuju pomicanje kristala dok se ne poravna sa spojenim elementima. Obično se koriste dvije vrste manipulatora: poluga i pantograf. Sustav optičkog vizualnog promatranja sastoji se od binokularnog mikroskopa ili platna projektora s povećalom. Ovisno o veličini pričvršćenih elemenata, bira se povećanje optičkog sustava od 10 do 100 puta.

Elektrokontaktno zavarivanje koristi se za spajanje metalnih vodova na kontaktne jastučiće poluvodičkih kristala i integriranih krugova. Fizička bit procesa elektrokontaktnog zavarivanja je zagrijavanje elemenata koji se spajaju u lokalnim područjima primjene elektroda. Zagrijavanje lokalnih područja spojenih elemenata nastaje zbog maksimalnog električnog otpora koji nastaje na mjestima kontakta materijala s elektrodama kada električna struja prolazi kroz elektrode. Glavni parametri procesa elektrokontaktnog zavarivanja su vrijednost struje zavarivanja, brzina porasta struje, vrijeme izlaganja struji elemenata koji se spajaju i sila pritiskanja elektroda na dijelove koji se spajaju.

Trenutno se koriste dvije metode električnog otpornog zavarivanja za spajanje vodova na kontaktne jastučiće kristala integriranog kruga: s jednostranim rasporedom dvije elektrode i s jednostranim rasporedom jedne dvostruke elektrode. Druga metoda razlikuje se od prve po tome što su radne elektrode izrađene u obliku dva strujna elementa odvojena jedan od drugog izolacijskim odstojnikom. U trenutku pritiskanja takve elektrode na žičani vod i prolaska struje elektrode kroz formirani sustav, na mjestu kontakta oslobađa se velika količina topline. Vanjski pritisak u kombinaciji sa zagrijavanjem dijelova do temperature plastičnosti ili taljenja dovodi do njihovog čvrstog povezivanja.

Tehnološka oprema za spajanje vodova elektrokontaktnim zavarivanjem uključuje sljedeće glavne komponente: radni stol, mehanizam za stvaranje pritiska na elektrodu, mehanizam za dovođenje i rezanje žica, radni alat, mehanizam za dovod kristala ili kućišta s kristalima, mehanizam za kombiniranje spojenih elemenata, optički vizualni sustav za promatranje procesa zavarivanja, pogonske i upravljačke jedinice. Radni stol služi za postavljanje kristala ili kutija s kristalima na njega. Mehanizam za stvaranje pritiska na elektrodu omogućuje primjenu sile od 0,1-0,5 N. Princip rada mehanizma za pomicanje i rezanje žice temelji se na kretanju žice kroz kapilarnu rupu i odsjecanju polugom nož. Oblik i materijal radnog alata imaju veliki utjecaj na kvalitetu i produktivnost procesa zavarivanja. Obično radni dio vrhova elektroda ima oblik skraćene piramide i izrađen je od materijala visoke čvrstoće na bazi volframovog karbida razreda VK-8. Mehanizam za dovod kristala uključuje set kaseta, a kombinirani mehanizam uključuje sustav manipulatora koji vam omogućuju postavljanje kristala u željeni položaj. Optički vizualni sustav za promatranje sastoji se od mikroskopa ili projektora. Napajanje i upravljačka jedinica omogućuju vam da postavite način rada zavarivanja te da ga obnovite i prilagodite prilikom promjene vrste kristala i izlaznog materijala.

ultrazvučno zavarivanje, Koristi se za spajanje vodova na kontaktne jastučiće poluvodičkih uređaja i integriranih sklopova, ima sljedeće prednosti: nema zagrijavanja spojenih elemenata, kratko vrijeme zavarivanja, mogućnost zavarivanja različitih i teško zavarljivih materijala. Odsutnost grijanja omogućuje vam da dobijete veze bez taljenja dijelova za zavarivanje. Kratko vrijeme zavarivanja omogućuje povećanje produktivnosti procesa montaže.

Mehanizam stvaranja veze između terminala i jastučića tijekom ultrazvučnog zavarivanja određen je plastičnom deformacijom, uklanjanjem onečišćenja, samodifuzijom i silama površinske napetosti. Proces ultrazvučnog zavarivanja karakteriziraju tri glavna parametra: amplituda i frekvencija ultrazvučnih vibracija, vrijednost primijenjenog tlaka i vrijeme procesa zavarivanja. ^ Instalacije za ultrazvučno zavarivanje sastoje se od sljedećih glavnih jedinica: radnog stola, mehanizma za stvaranje pritiska, mehanizma za dovod H komada žice, ultrazvučnog uređaja za zavarivanje i optičkog sustava.

Brtvljenje kristala

Nakon što je poluvodički kristal orijentiran i fiksiran na bazi kućišta, a vodovi spojeni na njegove kontaktne jastučiće, mora se zaštititi od utjecaja okoline, odnosno oko njega se mora stvoriti zapečaćena i mehanički čvrsta ljuska. Takva ljuska može se stvoriti bilo pričvršćivanjem posebnog poklopca (cilindra) na bazu kućišta, koji pokriva poluvodički kristal i izolira ga od vanjskog okruženja, ili omotavanjem baze kućišta poluvodičkim kristalom koji se nalazi na njemu. s plastikom, koja također odvaja kristal od okoline.

Lemljenje, elektrokontaktno i hladno zavarivanje široko se koriste za hermetičko spajanje baze kućišta s poklopcem ili cilindrom (diskretna verzija poluvodičkih uređaja), te izlijevanje, omotavanje i stiskanje plastikom za brtvljenje kristala na držaču.)

Lemljenje. Lemljenje se koristi za brtvljenje i diskretnih uređaja i IC-a. Taj je postupak svoju najveću praktičnu primjenu našao u sastavljanju i brtvljenju kućišta dioda i tranzistora. Strukturni elementi kućišta uključuju zasebne jedinice i blokove dobivene na temelju procesa lemljenja: metal na metal, metal na keramiku i metal na staklo. Razmotrite ove vrste lemljenja.

Lemljenje metala na metal već razmatrano u §2. Stoga ćemo se ovdje usredotočiti samo na tehnološke značajke koje su povezane s proizvodnjom brtvljenih lemnih spojeva.

Glavni elementi lemnog spoja kod brtvljenja integriranih krugova su baza kućišta i poklopac. Postupak spajanja baze kućišta s poklopcem može se izvesti ili pomoću sloja lema, koji se nalazi između baze kućišta i poklopca u obliku prstena, ili bez sloja lema. U drugom slučaju, rubovi baze tijela i poklopca prethodno su kalajisani lemom.

Prilikom brtvljenja dioda, tranzistora i tiristora, ovisno o izvedbi kućišta, može doći do nekoliko lemnih spojeva. Dakle, lemljenjem, držač kristala je spojen na cilindar i gornji terminali kućišta tiristora su zapečaćeni.

Proces lemljenja tijekom brtvljenja nameće zahtjeve za čistoću originalnih dijelova, koji se prethodno čiste, peru i suše. Proces lemljenja se provodi u vakuumu, inertnom ili redukcijskom okruženju. Kada se koriste fluksovi, lemljenje se može izvesti na zraku. Tokovi uvelike poboljšavaju vlaženje i širenje lema po dijelovima koji se spajaju, a to je ključ za stvaranje zapečaćenog lemnog spoja. Prema svojoj ulozi, tokovi se dijele u dvije skupine; zaštitnički i aktivni. Zaštitni tokovi štite dijelove od oksidacije tijekom procesa lemljenja, a aktivni tokovi doprinose redukciji oksida koji nastaju tijekom procesa lemljenja. Kao zaštitni fluksovi najčešće se koriste otopine kolofonija. Aktivni tokovi su cink klorid i amonijev klorid. Za lemljenje se koriste lemovi POS-40 i POS-60.

Lemljenje keramike metalom. u tehnologiji poluvodiča. kao i u elektrovakumu, široko se koriste spojevi keramika-metal koji osiguravaju pouzdanije brtvljenje integriranih krugova.

Lemovi koji se koriste za lemljenje metala na metal ne vlažu površinu keramičkih dijelova i stoga se ne lemljuju na keramičke dijelove sklopova integriranih krugova.

Za dobivanje lemljenih spojeva keramike s metalom, prethodno je metaliziran. Metalizacija se provodi pastama koje se nanose na keramički dio. Visokotemperaturnim pečenjem postiže se dobro prianjanje sloja metalizacije na površinu keramike. Prilikom pečenja paste otapalo isparava, a metalne čestice su čvrsto povezane s površinom keramičkog dijela.Debljina sloja izgorjelog metala je obično nekoliko mikrometara.Nanošenje i pečenje paste može se ponoviti nekoliko puta, dok se debljina sloja povećava i kvaliteta metalizirajućeg sloja poboljšava.na taj način se metalizirana keramika može lemiti konvencionalnim lemovima.

Uobičajena metoda nanošenja metalnih premaza na dijelove keramičkih kućišta je sinteriranje sloja metalizacijske paste s keramikom na visokoj temperaturi. Kao polazni materijali koriste se praškovi molibdena, volframa, renija, tantala, željeza, nikla, mangana, kobalta, kroma, srebra i bakra veličine zrna od nekoliko mikrometara. Za pripremu paste ovi se prašci razrjeđuju u vezivnim sredstvima: aceton, amil acetat, metil alkohol itd.

Lemljenje metaliziranih keramičkih dijelova s ​​metalnim dijelovima izvodi se na uobičajen način.

Lemljenje stakla s metalom. Staklo se ne lemi ni s jednim od čistih metala, budući da čista površina metala nije navlažena ili slabo navlažena tekućim staklom.

Međutim, ako je metalna površina obložena slojem oksida, tada se vlaženje poboljšava, oksid se djelomično otapa u staklu, a nakon hlađenja može doći do hermetičkog spoja. Glavna poteškoća u proizvodnji spojeva metal-staklo je odabir stakla i metalnih komponenti s dovoljno bliskim vrijednostima koeficijenata toplinskog širenja u cijelom rasponu od temperature taljenja stakla do minimalne radne temperature poluvodičkog uređaja. Čak i mala razlika u koeficijentima toplinske ekspanzije može dovesti do stvaranja mikropukotina i smanjenja tlaka gotovog uređaja.

Za lemljenje stakla s metalom kako bi se dobili hermetički spojevi, potrebno je: odabrati komponente s istim koeficijentima toplinskog širenja; nanesite stakleni lem u obliku suspenzije s metalnim prahom; postupno prelaziti s metala na glavno staklo uz pomoć međustakala; metalizirati staklenu površinu.

Za dobivanje hermetičkih spojeva stakla s metalom koriste se tri metode za zagrijavanje početnih dijelova: u plamenu plinskog plamenika, pomoću visokofrekventnih struja, u muflnim ili silikatnim pećima. U svim slučajevima, postupak se provodi na zraku, budući da prisutnost oksidnog filma doprinosi procesu lemljenja.

Elektrokontaktno zavarivanje. Ovaj proces se naširoko koristi za kapsuliranje poluvodičkih i integriranih sklopova. Temelji se na taljenju pojedinih dijelova spojenih metalnih dijelova uslijed prolaska električne struje kroz njih. Bit postupka elektrokontaktnog zavarivanja je da se na dijelove koji se zavaruju dovode dvije elektrode na koje se primjenjuje određeni napon. Budući da je površina elektroda mnogo manja od površine dijelova koji se zavaruju, kada električna struja prođe kroz cijeli sustav, oslobađa se velika količina topline na mjestu dodira dijelova koji se zavaruju. zavareni, koji se nalaze ispod elektroda.To je zbog velike gustoće struje u malom volumenu materijala dijelova koji se zavaruju.Velike gustoće struje zagrijavaju kontaktna područja dok se određene zone polaznih materijala ne razgrade.

Kada struja prestane, temperatura kontaktnih područja se smanjuje, što podrazumijeva hlađenje rastaljene zone i njezinu rekristalizaciju. Tako dobivena zona rekristalizacije hermetički povezuje homogene i različite metalne dijelove međusobno.

Oblik zavara ovisi o geometrijskoj konfiguraciji radnih elektroda. Ako su elektrode izrađene u obliku šiljastih šipki, tada se dobiva točkasto zavarivanje. Ako su elektrode u obliku cijevi, tada je šav za zavarivanje u obliku prstena. Kod lamelarnog oblika elektroda, šav za zavarivanje ima oblik trake.

Za kvalitetno brtvljenje kućišta instrumenata električnim zavarivanjem od velike je važnosti materijal od kojeg su izrađene radne elektrode. Materijal elektrode podliježe povećanim zahtjevima za toplinsku i električnu vodljivost, kao i za mehaničku čvrstoću. Da bi se ispunili ti zahtjevi, elektrode se izrađuju kombinirano, od dva materijala, od kojih jedan ima visoku toplinsku vodljivost, a drugi mehaničku čvrstoću. Široko se koriste elektrode čija je baza izrađena od bakra, a jezgra (radni dio) izrađena je od legure volframa s bakrom.

Uz kombinirane elektrode koriste se elektrode izrađene od homogenog metala ili legure. Dakle, za zavarivanje čeličnih dijelova koriste se elektrode od bakra (M1 i MZ) i bronce (0,4-0,8% kroma, 0,2-0,6% cinka, ostalo je bakar). Za zavarivanje materijala visoke električne vodljivosti (bakar, srebro itd.) koriste se volframove i molibdenske elektrode.

Elektrode moraju dobro pristajati jedna uz drugu duž radnih površina koje se zavaruju. Prisutnost nedostataka na radnim površinama dijelova (rizici, udubljenja, školjke itd.) dovodi do neravnomjernog zagrijavanja zavarenih dijelova dijelova i stvaranja propusnog zavara u gotovom proizvodu. Posebnu pozornost treba posvetiti pričvršćivanju elektroda u držače elektroda, jer kod lošeg pričvršćivanja između njih nastaje tzv. prolazni otpor koji dovodi do zagrijavanja samih držača elektroda. Elektrode moraju biti strogo usklađene jedna s drugom. Nedostatak koaksijalnosti elektroda dovodi do braka tijekom zavarivanja.

Kvaliteta zavarivanja u velikoj mjeri ovisi o odabranom električnom i vremenskom načinu rada. Pri niskoj vrijednosti struje zavarivanja, oslobođena toplina je nedovoljna za zagrijavanje dijelova do temperature taljenja metala koji se zavaruju, u tom slučaju se dobiva tzv. "nedostatak prodora" dijelova. Pri visokoj vrijednosti struje zavarivanja oslobađa se previše topline, što može rastopiti ne samo mjesto zavarivanja, već i cijeli dio, što je povezano s "izgaranjem" dijelova i prskanjem metala.

Od velike je važnosti vrijeme prolaska struje zavarivanja kroz elektrode i dijelove. Čim se uključi struja zavarivanja, na mjestu kontakta počinje zagrijavanje zavarenih dijelova, a samo površinski slojevi metala dosežu talište. Ako se struja u ovom trenutku isključi, nastat će krhko zavarivanje. Da bi se dobio jak zavar, potrebno je vrijeme da se formira rastaljena jezgra u cijelom lokalnom području dijelova koji se zavaruju. Pregrijavanje jezgre rastaljenog metala dovodi do njegovog rasta i prskanja metala van. Zbog toga se mogu formirati školjke koje drastično smanjuju mehaničku čvrstoću i nepropusnost zavarenih spojeva.

Prije izvođenja postupka elektrokontaktnog zavarivanja svi dijelovi kućišta integriranog kruga podvrgavaju se temeljitoj obradi (pranju, odmašćivanju, jetkanju, čišćenju itd.).

Kvaliteta zavarivanja kontrolira se vanjskim pregledom i uz pomoć poprečnih presjeka zavarenih proizvoda. Glavna se pozornost posvećuje mehaničkoj čvrstoći i nepropusnosti zavarenih spojeva.

Hladno zavarivanje. Metoda hladnog brtvljenja široko se koristi u elektroničkoj industriji. U onim slučajevima kada je kod brtvljenja originalnih dijelova trupa njihovo zagrijavanje neprihvatljivo i potrebna je visoka čistoća procesa, koristi se zavarivanje pod hladnim tlakom. Osim toga, hladno zavarivanje osigurava čvrstu hermetičku vezu najčešće korištenih različitih metala (bakar, nikal, kovar i čelik).

Nedostaci ove metode uključuju prisutnost značajne deformacije dijelova tijela na spoju, što dovodi do značajne promjene oblika i ukupnih dimenzija gotovih proizvoda.

Promjena vanjskog promjera tijela uređaja ovisi o debljini izvornih zavarenih dijelova. Promjena vanjskog promjera gotovog uređaja nakon postupka hladnog zavarivanja

gdje je debljina ramena gornjeg dijela prije zavarivanja; - debljina ramena donjeg dijela prije zavarivanja.

Od velike važnosti za postupak hladnog zavarivanja je prisutnost oksidnog filma na površini dijelova koji se spajaju. Ako je ovaj film duktilni i mekši od osnovnog metala, tada se pod pritiskom širi u svim smjerovima i razrjeđuje, čime se odvajaju čiste metalne površine, zbog čega ne dolazi do zavarivanja. Ako je oksidni film krhkiji i tvrđi od metala koji pokriva, tada pod pritiskom puca, a pucanje se javlja jednako na oba dijela koja se spajaju. Kontaminanti prisutni na površini filma pakirani su s obje strane u svojevrsna pakiranja, čvrsto stegnuta na rubovima. Daljnji porast tlaka dovodi do širenja čistog metala na periferna područja. Najveće širenje događa se u srednjoj ravnini formiranog šava, zbog čega se svi paketi s nečistoćama istiskuju, a čiste metalne površine, ulazeći u međuatomske interakcije, čvrsto prianjaju jedna uz drugu.

Dakle, krhkost i tvrdoća su glavne kvalitete oksidnog filma, koje osiguravaju čvrstu vezu. Budući da za većinu metala debljina prevlake oksidnim filmovima ne prelazi 10 -7 cm, dijelovi od takvih metala su poniklani ili kromirani prije zavarivanja. Filmovi od nikla i kroma imaju dovoljnu tvrdoću i krhkost i stoga značajno poboljšavaju zavareni spoj.

Prije izvođenja postupka hladnog zavarivanja svi dijelovi se odmašćuju, peru i suše. Za kvalitetno spajanje dva metalna dijela potrebno je osigurati dovoljnu deformaciju, plastičnost i čistoću dijelova koji se zavaruju.

Stupanj deformacije DO tijekom hladnog zavarivanja treba biti u rasponu od 75-85%:

,

gdje 2H-ukupna debljina zavarenih dijelova; t- debljina zavara.

Čvrstoća zavarivanja

gdje R- sila loma; D- promjer otiska izbočine bušilice; H- debljina jednog od dijelova koji se zavaruju s najmanjom veličinom; - vlačna čvrstoća s najmanjom vrijednošću.

Za dijelove karoserije pri hladnom zavarivanju preporučuju se sljedeće kombinacije materijala: bakar MB-bakar MB, bakar MB-bakar M1, bakar MB-čelik 10, legura N29K18 (kovar)-bakar MB, kovar-bakar M1.

Kritični pritisci potrebni za plastičnu deformaciju i hladno zavarivanje, na primjer, za kombinaciju bakra i bakra su 1,5 * 10 9 N / m 2, za kombinaciju bakra - covar su 2 * 10 9 N / m 2.

Plastično brtvljenje. Skupo brtvljenje stakla, stakla na metal, kermeta i metalnih kućišta sada se uspješno zamjenjuje plastičnim brtvljenjem. ) U nekim slučajevima to povećava pouzdanost uređaja i IC-a, jer se eliminira kontakt poluvodičkog kristala s plinovitim medijem unutar kućišta.

Plastično brtvljenje omogućuje vam pouzdanu izolaciju kristala od vanjskih utjecaja i osigurava visoku mehaničku i električnu čvrstoću strukture. Za brtvljenje IC-a široko se koristi plastika na bazi epoksidnih, organosilicijskih i poliesterskih smola.

Glavne metode brtvljenja su izlijevanje, omotavanje i prešanje pod pritiskom. Kod brtvljenja izlijevanjem koriste se šuplji kalupi u koje se stavljaju poluvodički kristali s zalemljenim vanjskim vodovima. Kalupi su punjeni plastikom.

Kod zatvaranja uređaja omotanjem uzimaju se dva (ili više) vodova od trakavog ili žičanog materijala, međusobno se spajaju staklenom ili plastičnom perlicom, a na jedan od vodova zalemljen je poluvodički kristal, a električni kontaktni vodiči spojeni su na drugi (drugi) vod. Tako dobiveni sklop zapečaćen je plastičnim omotom.

Najperspektivniji način rješavanja problema sastavljanja i brtvljenja uređaja je brtvljenje kristala aktivnim elementima na metalnoj vrpci, nakon čega slijedi brtvljenje plastikom. Prednost ove metode brtvljenja je mogućnost mehanizacije i automatizacije procesa montaže različitih tipova IC-a. Glavni strukturni element plastičnog kućišta je metalna traka. Za odabir profila metalne trake potrebno je polaziti od veličine kristala, toplinskih karakteristika uređaja, mogućnosti ugradnje gotovih uređaja na tiskanu ploču elektroničkog sklopa, maksimalne čvrstoće na kidanje od kućište i jednostavnost dizajna.

Tehnološka shema plastičnog brtvljenja uređaja uključuje glavne faze planarne tehnologije. Poluvodički kristali s aktivnim elementima pričvršćeni su na metalnu traku obloženu zlatom, eutektičkim legiranjem zlata sa silicijem, ili konvencionalnim lemljenjem. Metalna traka se izrađuje od kovara, bakra, molibdena, čelika, nikla.

Kako bi se izbjeglo oštećenje poluvodičkih uređaja tijekom ugradnje, potrebno je osigurati nepokretnost njihovih vodova u blizini kućišta. Da biste to učinili, potrebno je savijati vodove na udaljenosti od najmanje 3 ... 5 mm od tijela i lemiti niskotemperaturnim lemom POS-61 na udaljenosti od najmanje 5 mm od tijela uređaja, osiguravajući odvođenje topline između tijela i mjesta lemljenja. Uz udaljenost od mjesta lemljenja do tijela od 8 ... 10 mm ili više, može se izvesti bez dodatnog hladnjaka (unutar 2 ... 3 s).

Lemljenje pri ugradnji i zamjeni pojedinih dijelova u krugovima s poluvodičkim uređajima treba izvoditi uz isključeno napajanje lemilom s uzemljenim vrhom. Kada uključite tranzistor u krugu koji je pod naponom, prvo morate spojiti bazu, zatim emiter, a zatim kolektor. Isključivanje tranzistora iz kruga bez skidanja napona izvodi se obrnutim redoslijedom.

Kako bi se osigurao normalan rad poluvodičkih uređaja pri punoj snazi, potrebno je koristiti dodatne hladnjake. Kao hladnjaci koriste se rebrasti radijatori od crvenog bakra ili aluminija koji se stavljaju na uređaje. Prilikom projektiranja krugova sa širokim rasponom radne temperature, treba uzeti u obzir da se s porastom temperature smanjuje ne samo dopuštena disipacija snage mnogih vrsta poluvodičkih uređaja, već i dopušteni naponi i struje prijelaza.

Rad poluvodičkih uređaja treba provoditi samo u području potrebnih radnih temperatura, dok relativna vlažnost zraka treba biti do 98% pri temperaturi od 40 °C; atmosferski tlak - od 6,7 10 2 do 3 10 5 Pa; vibracije s ubrzanjem do 7,5g u frekvencijskom području 10...600 Hz; višestruki udari s ubrzanjem do 75g; linearna ubrzanja do 25 g.

Povećanje ili smanjenje gore navedenih parametara negativno utječe na rad poluvodičkih uređaja. Dakle, promjena raspona radne temperature uzrokuje pucanje poluvodičkih kristala i promjenu električnih karakteristika uređaja. Osim toga, pod djelovanjem visoke temperature dolazi do sušenja i deformacije zaštitnih premaza, oslobađanja plinova i taljenja lema. Visoka vlažnost zraka potiče koroziju kućišta i terminala uslijed elektrolize. Nizak tlak uzrokuje smanjenje probojnog napona i pogoršanje prijenosa topline. Promjena ubrzanja udaraca i vibracija dovodi do pojave mehaničkih naprezanja i zamora u elementima konstrukcije, kao i mehaničkih oštećenja (sve do odvajanja vodova) itd.

Za zaštitu od vibracija i ubrzanja, struktura s poluvodičkim uređajima mora biti apsorbirana, a za poboljšanje otpornosti na vlagu mora biti prekrivena zaštitnim lakom.

Električna instalacija radio komponenti mora osigurati pouzdan rad opreme, uređaja i sustava u uvjetima mehaničkih i klimatskih utjecaja navedenih u specifikacijama za ovu vrstu elektroničke opreme. Stoga, prilikom ugradnje poluvodičkih uređaja (SS), integriranih sklopova (IC) radijskih komponenti na tiskane ploče ili kućište opreme, moraju biti ispunjeni sljedeći uvjeti:

• pouzdan kontakt između tijela snažnog PP-a i hladnjaka (radijatora) ili šasije;
• potrebna konvekcija zraka na radijatorima i elementima koji oslobađaju veliku količinu topline;
• uklanjanje poluvodičkih elemenata iz elemenata kruga koji tijekom rada emitiraju značajnu količinu topline;
• zaštita instalacije, smještene u blizini uklonjivih elemenata, od mehaničkih oštećenja tijekom rada;
• u procesu pripreme i izvođenja električne instalacije PCB-a i IC-a, mehanički i klimatski učinci na njih ne smiju prelaziti vrijednosti navedene u specifikacijama;
• kod ravnanja, oblikovanja i obrezivanja PCB i IC vodova, dio elektrode u blizini kućišta mora biti fiksiran tako da se u vodiču ne pojave sile savijanja ili vlačne sile. Oprema i uređaji za formiranje vodova moraju biti uzemljeni;
• udaljenost od kućišta PCB-a ili IC-a do početka savijanja elektrode mora biti najmanje 2 mm, a polumjer savijanja s promjerom elektrode do 0,5 mm - najmanje 0,5 mm, s promjerom od 0,6-1 mm - najmanje 1 mm, s promjerom većim od 1 mm - ne manjim od 1,5 mm.

Tijekom ugradnje, transporta i skladištenja PCB-a i IC-ova (osobito mikrovalnih poluvodičkih uređaja), potrebno ih je zaštititi od utjecaja statičkog elektriciteta. Da biste to učinili, sva montažna oprema, alati, upravljačka i mjerna oprema su pouzdano uzemljeni. Za uklanjanje statičkog elektriciteta iz tijela električara koristite narukvice za uzemljenje i posebnu odjeću.

Za uklanjanje topline, izlazni dio između kućišta PCB-a (ili IC) i mjesta lemljenja stegnut je posebnom pincetom (hladnjak). Ako temperatura lemljenja ne prelazi 533 K ± 5 K (270 °C), a vrijeme lemljenja nije duže od 3 s, PCB (ili IC) vodovi se lemi bez hladnjaka ili se koristi grupno lemljenje (val lemljenja , uranjanje u rastaljeni lem itd.) .

Čišćenje tiskanih ploča (ili ploča) od ostataka fluksa nakon lemljenja provodi se otapalima koja ne utječu na oznaku i materijal kućišta PCB-a (ili IC).

Prilikom ugradnje IC-a s krutim radijalnim vodovima u metalizirane rupe tiskane ploče, izbočeni dio vodova iznad površine ploče na mjestima lemljenja trebao bi biti 0,5-1,5 mm. IC se montira na ovaj način nakon obrezivanja vodova (slika 55). Kako bi se olakšalo rastavljanje, preporuča se ugradnja IC-a na tiskane ploče s prazninama između kućišta.

Riža. 55. Formiranje krutih radijalnih IC vodova:
1 - izliveni vodi, 2 - vodi prije oblikovanja

Integrirani sklopovi u paketima s mekim planarnim vodovima ugrađeni su na kontaktne jastučiće ploče bez montažnih rupa. U ovom slučaju, njihov položaj na ploči određen je oblikom jastučića (slika 56).

Riža. 56. Montaža IC-a s ravnim (planarnim) vodovima na tiskanu ploču:
1 - kontaktna pločica s ključem, 2 - kućište, 3 - ploča, 4 - izlaz

Primjeri oblikovanja IC-a s ravnim vodovima prikazani su na sl. 57.

Riža. 57. Formiranje ravnih (planarnih) IC vodova kada se postavljaju na ploču bez razmaka (i), s razmakom (b)

Ugradnja i pričvršćivanje PCB-a i IC-a, kao i montiranih radio komponenti na tiskane ploče, treba im omogućiti pristup i mogućnost njihove zamjene. Za hlađenje IC-ova treba ih postaviti na tiskane ploče, uzimajući u obzir kretanje protoka zraka duž njihovih kućišta.

Za električnu instalaciju PCB-a i malih radio komponenti prvo se ugrađuju na montažne armature (latice, igle itd.) i na njih se provodnici mehanički učvršćuju. Za lemljenje poljskog spoja koristi se fluks bez kiseline, čiji se ostaci uklanjaju nakon lemljenja.

Radio komponente se pričvršćuju na montažnu armaturu ili mehanički na svoje stezaljke, ili dodatno pomoću stezaljke, nosača, držača, punjenja masom, mastikom, ljepilom itd. Istovremeno se radio komponente učvršćuju tako da se ne pomiču se tijekom vibracija i udara (tresanja). Preporučene vrste pričvršćivanja radio komponenti (otpori, kondenzatori, diode, tranzistori) prikazani su na sl. 58.

Riža. 58. Ugradnja radio komponenti na montažne armature:
a, b - otpornici (kondenzatori) s ravnim i okruglim vodovima; 1 - kućište, 2 - latica, 3 - izlaz, 4 - radijator, 5 - žice, 6 - izolacijska cijev

Mehaničko pričvršćivanje vodova radio komponenti na montažne armature provodi se savijanjem ili uvrtanjem oko armature, nakon čega slijedi kompresija. U ovom slučaju, prekid izlaza tijekom kompresije nije dopušten. Ako postoji rupa u kontaktnom stupu ili latici, izlaz radio komponente se mehanički fiksira prije lemljenja prolaskom kroz rupu i savijanjem za pola ili punim okretom oko latice ili stupa, nakon čega slijedi stiskanje. Istodobno, višak izlaza se uklanja bočnim rezačima, a mjesto pričvršćivanja je stisnuto kliještima.

U pravilu su metode za ugradnju radio komponenti i pričvršćivanje njihovih vodova navedene u montažnom crtežu za proizvod.

Kako bi se smanjila udaljenost između radio komponente i šasije, na njihova kućišta ili terminale postavljaju se izolacijske cijevi čiji je promjer jednak ili nešto manji od promjera radio komponente. U ovom slučaju, radio komponente se nalaze blizu jedna drugoj ili šasiji. Izolacijske cijevi postavljene na izvode radio komponenti isključuju mogućnost kratkog spoja sa susjednim vodljivim elementima.

Duljina montažnih vodova od mjesta lemljenja do tijela radio komponente navedena je u tehničkim specifikacijama i u pravilu je navedena na crtežu: za diskretne radio komponente mora biti najmanje 8 mm, a za PP - najmanje 15 mm. Duljina kabela od kućišta do zavoja radio komponente također je navedena na crtežu: mora biti najmanje 3 mm. Zaključci radio komponenti savijaju se šablonom, učvršćenjem ili posebnim alatom. Štoviše, unutarnji radijus zavoja mora biti najmanje dvostruko veći od promjera ili debljine izlaza. Kruti terminali radio komponenti (PEV otpori i sl.) ne smiju se savijati tijekom ugradnje.

Radio komponente odabrane prilikom postavljanja ili podešavanja uređaja trebale bi biti zalemljene bez mehaničkog pričvršćivanja na cijelu duljinu njihovih vodova. Nakon odabira njihovih ocjena i podešavanja uređaja, radio komponente moraju biti zalemljene na referentne točke mehaničkim pričvršćivanjem vodova.

Sastavljanje i brtvljenje mikrosklopova i poluvodičkih uređaja uključuje 3 glavne operacije: pričvršćivanje kristala na bazu paketa, pričvršćivanje vodova i zaštitu kristala od utjecaja okoline. Stabilnost električnih parametara i pouzdanost konačnog proizvoda ovise o kvaliteti montažnih operacija. osim toga, izbor metode montaže utječe na ukupnu cijenu proizvoda.

Pričvršćivanje kristala na bazu kućišta

Glavni zahtjevi za spajanje poluvodičkog kristala na bazu paketa su visoka pouzdanost veze, mehanička čvrstoća i, u nekim slučajevima, visoka razina prijenosa topline s kristala na podlogu. Operacija spajanja provodi se lemljenjem ili lijepljenjem.

Ljepila za ugradnju u kalupe mogu se grubo podijeliti u 2 kategorije: električno vodljiva i dielektrična. Ljepila se sastoje od ljepljivog veziva i punila. Kako bi se osigurala električna i toplinska vodljivost, ljepilu se obično dodaje srebro u obliku praha ili pahuljica. Za stvaranje dielektričnih ljepila koja provode toplinu, kao punila koriste se stakleni ili keramički prah.

Lemljenje se izvodi pomoću vodljivog stakla ili metalnih lemova.

Stakleni lemovi su materijali koji se sastoje od metalnih oksida. Imaju dobro prianjanje na široku paletu keramike, oksida, poluvodičkih materijala, metala i karakteriziraju ih visoka otpornost na koroziju.

Lemljenje metalnim lemovima izvodi se pomoću jastučića za lemljenje ili jastučića zadanog oblika i veličine (predforme) postavljenih između kristala i podloge. U masovnoj proizvodnji za montažu čipova koristi se specijalizirana pasta za lemljenje.

Priključci za spajanje

Proces pričvršćivanja kristalnih vodova na bazu paketa provodi se pomoću žice, trake ili krutih vodova u obliku kuglica ili greda.

Montaža žice vrši se termokompresijskim, elektrokontaktnim ili ultrazvučnim zavarivanjem pomoću zlatne, aluminijske ili bakrene žice/trake.

Bežična instalacija se provodi u tehnologiji "obrnuti kristal" (Flip-Chip). Kruti kontakti u obliku greda ili kuglica lemljenja formiraju se na čipu tijekom procesa stvaranja oplata.

Prije nanošenja lemljenja, površina kristala se pasivira. Nakon litografije i jetkanja, kontaktni jastučići kristala se dodatno metaliziraju. Ova operacija se provodi kako bi se stvorio sloj barijere, spriječila oksidacija i poboljšala kvašenje i prianjanje. Nakon toga se formiraju zaključci.

Grede ili kuglice lemljenja formiraju se metodama elektrolitičkog ili vakuumskog taloženja, punjenja gotovim mikrosferama ili sitotiskom. Kristal s formiranim vodovima se okreće i postavlja na podlogu.

Zaštita kristala od utjecaja okoline

Karakteristike poluvodičkog uređaja uvelike su određene stanjem njegove površine. Vanjski okoliš ima značajan utjecaj na kvalitetu površine i, sukladno tome, na stabilnost parametara uređaja. ovaj učinak se mijenja tijekom rada, stoga je vrlo važno zaštititi površinu uređaja kako bi se povećala njegova pouzdanost i vijek trajanja.

Zaštita poluvodičkog kristala od utjecaja vanjskog okruženja provodi se u završnoj fazi sastavljanja mikrosklopova i poluvodičkih uređaja.

Brtvljenje se može izvesti uz pomoć kućišta ili u neupakiranom obliku.

Brtvljenje kućišta vrši se pričvršćivanjem poklopca kućišta na njegovu bazu lemljenjem ili zavarivanjem. Metalna, metalno-staklena i keramička kućišta osiguravaju vakumsko nepropusno brtvljenje.

Poklopac se, ovisno o vrsti kućišta, može zalemiti staklenim lemovima, metalnim lemovima ili zalijepiti ljepilom. Svaki od ovih materijala ima svoje prednosti i odabire se ovisno o zadacima koje treba riješiti.

Za zaštitu poluvodičkih kristala bez pakiranja od vanjskih utjecaja koriste se plastika i specijalne mase za zalivanje, koje nakon polimerizacije mogu biti meke ili tvrde, ovisno o zadacima i korištenim materijalima.

Moderna industrija nudi dvije mogućnosti za izlijevanje kristala tekućim spojevima:

1. Izlijevanje smjesom srednje viskoznosti (glob-top, Blob-top)
2. Izrada okvira od smjese visoke viskoznosti i izlijevanje kristala smjesom niske viskoznosti (Dam-and-Fill).

Glavna prednost tekućih spojeva u odnosu na druge metode brtvljenja kristala je fleksibilnost sustava doziranja, koji omogućuje korištenje istih materijala i opreme za različite vrste i veličine kristala.

Polimerna ljepila razlikuju se po vrsti veziva i vrsti materijala za punjenje.

vezivni materijal

Organski polimeri koji se koriste kao ljepila mogu se podijeliti u dvije glavne kategorije: termoplasti i termoplasti. Sve su to organski materijali, ali

značajno se razlikuju po kemijskim i fizikalnim svojstvima.

U termosetovima, kada se zagrijavaju, polimerni lanci su nepovratno umreženi u krutu trodimenzionalnu mrežnu strukturu. Veze koje nastaju u ovom slučaju omogućuju postizanje visoke adhezivne sposobnosti materijala, ali je mogućnost održavanja ograničena.

Termoplastični polimeri ne stvrdnjavaju. Zadržavaju sposobnost omekšavanja i topljenja kada se zagrijavaju, stvarajući jake elastične veze. Ovo svojstvo omogućuje korištenje termoplasta u aplikacijama gdje je potrebno održavanje. Sposobnost ljepljenja termoplasta je niža od termoplasta, ali je u većini slučajeva sasvim dovoljna.

Treća vrsta veziva je mješavina termoplasta i termoplasta, kombinirajući

prednosti dvije vrste materijala. Njihov polimerni sastav je međusobno prožimajuća mreža termoplastičnih i termoplastičnih struktura, što im omogućuje da se koriste za stvaranje popravljivih spojeva visoke čvrstoće na relativno niskim temperaturama (150 o C - 200 o C).

Svaki sustav ima svoje prednosti i nedostatke. Jedno od ograničenja u korištenju termoplastičnih pasta je sporo uklanjanje otapala tijekom procesa reflow. U prošlosti je spajanje komponenti korištenjem termoplastičnih materijala zahtijevalo postupak nanošenja paste (promatrajući ravnost), sušenja kako bi se uklonilo otapalo, a tek onda postavljanje kristala na podlogu. Takav je proces eliminirao stvaranje praznina u ljepljivom materijalu, ali je povećao cijenu i otežao korištenje ove tehnologije u masovnoj proizvodnji.

Moderne termoplastične paste imaju sposobnost vrlo brzog isparavanja otapala. Ovo svojstvo omogućuje im da se nanose doziranjem, korištenjem standardne opreme, te da se kristal stavi na pastu koja se još nije osušila. Nakon toga slijedi brzi korak zagrijavanja pri niskoj temperaturi tijekom kojeg se otapalo uklanja i stvaraju ljepljive veze nakon ponovnog toka.

Dugo su postojale poteškoće s stvaranjem visoko toplinski vodljivih ljepila na bazi termoplasta i termoplasta. Ovi polimeri nisu dopuštali povećanje sadržaja punila koje provode toplinu u pasti, jer je za dobro prianjanje potrebna visoka razina veziva (60-75%). Za usporedbu: u anorganskim materijalima udio veziva mogao bi se smanjiti na 15-20%. Moderna polimerna ljepila (Diemat DM4130, DM4030, DM6030) nemaju ovaj nedostatak, a sadržaj punila koji provodi toplinu doseže 80-90%.

Punilo

Vrsta, oblik, veličina i količina punila igraju glavnu ulogu u stvaranju toplinski električno vodljivog ljepila. Srebro (Ag) se koristi kao punilo kao kemijski otporan materijal s najvećom toplinskom vodljivošću. Moderne paste sadrže

srebro u obliku praha (mikrosfere) i pahuljica (ljuskice). Točan sastav, broj i veličinu čestica eksperimentalno odabire svaki proizvođač i u velikoj mjeri određuju svojstva vodljivosti topline, električne vodljivosti i ljepljivosti materijala. U zadacima gdje je potreban dielektrik sa svojstvima vodljivosti topline, keramički prah se koristi kao punilo.

Prilikom odabira električno vodljivog ljepila potrebno je uzeti u obzir sljedeće čimbenike:

• Toplinska, električna vodljivost korištenog ljepila ili lema
• Dopuštene temperature procesa montaže
• Temperature naknadnih tehnoloških operacija
• Mehanička čvrstoća spoja
• Automatizacija procesa instalacije
• mogućnost održavanja
• Trošak operacije instalacije

Osim toga, pri odabiru ljepila za montažu treba obratiti pozornost na modul elastičnosti polimera, površinu i razliku u CTE spojenih komponenti, kao i na debljinu ljepljive linije. Što je niži modul elastičnosti (što je materijal mekši), to su veće površine komponenti i veća je razlika u CTE spojenih komponenti i tanja je ljepljiva linija prihvatljiva. Visoka vrijednost modula elastičnosti ograničava minimalnu debljinu ljepljive linije i dimenzije komponenti koje se spajaju zbog mogućnosti visokih termomehaničkih naprezanja.

Prilikom odlučivanja o primjeni polimernih ljepila potrebno je uzeti u obzir neke tehnološke značajke ovih materijala i komponenti koje se spajaju, a to su:

• dužina kristala (ili komponente). određuje količinu opterećenja na ljepljivoj liniji nakon što se sustav ohladi. Tijekom lemljenja, matrica i supstrat se šire prema svojim CTE-ovima. Za kristale velike veličine treba koristiti meka (niskog modula) ljepila ili CTE materijale kristala/podloge usklađene s CTE. Ako je razlika CTE prevelika za danu veličinu kristala, veza može biti prekinuta, uzrokujući da se kristal odlijepi od podloge. Za svaku vrstu paste, proizvođač obično daje preporuke o maksimalnim dimenzijama kristala za određene vrijednosti ​​CTE razlike kristal/supstrat;

• širina matrice (ili spojene komponente) određuje udaljenost koju otapalo sadržano u ljepilu prijeđe prije nego što napusti ljepljivu liniju. Stoga se za ispravno uklanjanje otapala mora uzeti u obzir i veličina kristala;

• metalizacija kristala i supstrata (ili povezanih komponenti) nije obavezno. Općenito, polimerna ljepila imaju dobro prianjanje na mnoge nemetalizirane površine. Površine moraju biti bez organskih zagađivača;

• debljina ljepljive linije. Za sva ljepila koja sadrže toplinski vodljivo punilo, postoji ograničenje na minimalnu debljinu ljepljive linije dx (vidi sliku). Pretanak spoj neće imati dovoljno ljepila da pokrije sav punilo i stvori veze s površinama koje se spajaju. Osim toga, za materijale s visokim modulom elastičnosti, debljina šava može biti ograničena različitim CTE-ovima za materijale koji se spajaju. Tipično za ljepila niskog modula preporučena minimalna debljina spoja je 20-50 µm, za ljepila visokog modula 50-100 µm;

• vijek trajanja ljepila prije ugradnje komponente. Nakon nanošenja ljepila, otapalo iz paste počinje postupno isparavati. Ako se ljepilo osuši, tada nema vlaženja i lijepljenja materijala koji se spajaju. Za male komponente, gdje je omjer površine i volumena nanesenog ljepila visok, otapalo brzo isparava i vrijeme nakon nanošenja do ugradnje komponente mora se svesti na minimum. U pravilu, vijek trajanja prije ugradnje komponente za razna ljepila varira od nekoliko desetaka minuta do nekoliko sati;

• životni vijek prije termičkog stvrdnjavanja ljepila mjeri se od trenutka ugradnje komponente do stavljanja cijelog sustava u pećnicu. S velikim odgodom može doći do delaminacije i širenja ljepila, što negativno utječe na prianjanje i toplinsku vodljivost materijala. Što je manja veličina komponente i količina nanesenog ljepila, to se brže može osušiti. Vrijeme trajanja prije termičkog stvrdnjavanja ljepila može varirati od nekoliko desetaka minuta do nekoliko sati.

Izbor žice, traka

Pouzdanost veze žica/traka uvelike ovisi o ispravnom izboru žice/trake. Glavni čimbenici koji određuju uvjete za korištenje određene vrste žice su:

Vrsta školjke. Zatvorena kućišta koriste samo aluminijsku ili bakrenu žicu jer zlato i aluminij tvore krhke intermetalne spojeve pri visokim temperaturama brtvljenja. Međutim, za nehermetičke kućišta koristi se samo zlatna žica/traka, jer ova vrsta kućišta ne osigurava potpunu izolaciju od vlage, što će korodirati aluminijske i bakrene žice.

Dimenzije žice/trake(promjer, širina, debljina) za krugove s malim jastučićima potrebni su tanji vodiči. S druge strane, što je veća struja koja teče kroz spoj, to se mora osigurati veći presjek vodiča.

Vlačna čvrstoća. Žica/trake su podvrgnute vanjskom mehaničkom naprezanju tijekom sljedećih faza i tijekom rada, stoga što je vlačna čvrstoća veća, to bolje.

Relativna ekstenzija. Važna karakteristika pri odabiru žice. Previsoke vrijednosti produljenja otežavaju kontrolu stvaranja petlje pri stvaranju žičane veze.

Izbor metode zaštite kristala

Brtvljenje čipa može se izvesti pomoću kućišta ili u izvedbi bez pakiranja.

Prilikom odabira tehnologije i materijala koji će se koristiti u fazi brtvljenja, treba uzeti u obzir sljedeće čimbenike:

• Potrebna razina nepropusnosti kućišta
• Dopuštene temperature procesa brtvljenja
• Radne temperature čipa
• Prisutnost metalizacije površina koje se spajaju
• Mogućnost korištenja fluksa i posebne atmosfere montaže
• Automatizacija procesa brtvljenja
• Trošak operacije brtvljenja

Članak daje pregled tehnologija i materijala koji se koriste za formiranje izbočina na poluvodičkim pločicama u proizvodnji mikrosklopova.