MONTAJUL DISPOZITIVELOR SEMICONDUCTOARE

ȘI MICROCIRCUIT INTEGRAT

Caracteristicile procesului de asamblare

Asamblarea dispozitivelor semiconductoare și a circuitelor integrate este cea mai consumatoare de timp și cea mai responsabilă etapă tehnologică din ciclul general de fabricație a acestora. Stabilitatea parametrilor electrici și fiabilitatea produselor finite depind în mare măsură de calitatea operațiunilor de asamblare.

Etapa de asamblare începe după finalizarea procesării în grup a plachetelor semiconductoare folosind tehnologia plană și separarea lor în elemente individuale (cristale). Aceste cristale pot avea cea mai simplă structură (diodă sau tranzistor) sau pot include un circuit integrat complex (cu un număr mare de elemente active și pasive) și ajung la asamblarea compozițiilor discrete, hibride sau monolitice.

Dificultatea procesului de asamblare constă în faptul că fiecare clasă de dispozitive discrete și circuite integrate are propriile caracteristici de proiectare care necesită operațiuni de asamblare bine definite și moduri de implementare a acestora.

Procesul de asamblare include trei operațiuni tehnologice principale: atașarea unui cristal la baza carcasei; conectarea conducătorilor de curent la elementele active și pasive ale cristalului semiconductor la elementele interne ale carcasei; etanșarea cristalului de mediul extern.

Atașarea cristalului la baza carcasei

Atașarea unui cristal de dispozitiv semiconductor sau IC la baza pachetului se realizează folosind procesele de lipire, fuziune folosind aliaje eutectice și lipire.

Principala cerință pentru operația de atașare a unui cristal este crearea unei conexiuni între cristal și baza corpului, care are rezistență mecanică ridicată, conductivitate electrică și termică bună.

Lipirea- procesul de îmbinare a două părți diferite fără a le topi folosind o a treia componentă numită lipire. O caracteristică a procesului de lipire este că lipitul în timpul formării unei îmbinări de lipit este în stare lichidă, iar piesele care trebuie îmbinate sunt în stare solidă.

Pe fig. 1a prezintă o variantă de atașare a unui cip IC având proeminențe de contact din cupru cositorit la un substrat. Acest design al cablurilor nu se teme de răspândirea lipirii pe substrat. Prezența unei proeminențe înalte în formă de ciupercă asigură decalajul necesar între cristalul semiconductor și substrat în timpul topirii lipirii. Acest lucru permite atașarea cristalului de substrat cu un grad ridicat de precizie.

Pe fig. 1c prezintă o variantă a ansamblului de cristale având denivelări moi din lipire staniu-plumb.

P
Conectarea unui astfel de cristal la baza carcasei se realizează prin încălzire convențională fără presiune suplimentară asupra cristalului. Lipirea proeminențelor de contact în timpul încălzirii și topirii nu se răspândește pe suprafața secțiunilor cositorite ale bazei corpului din cauza forțelor de tensiune superficială. Acest lucru, în plus, asigură un anumit decalaj între cristal și substrat.

Metoda considerată de atașare a cristalelor IC la baza carcasei sau la orice placă face posibilă mecanizarea și automatizarea procesului de asamblare în mare măsură.

Suprafața cu aliaje eutectice. Această metodă de atașare a cipurilor semiconductoare la baza pachetului se bazează pe formarea unei zone topite în care stratul de suprafață al materialului semiconductor și stratul metalic al bazei pachetului sunt dizolvate.

Două aliaje eutectice sunt utilizate pe scară largă în industrie: aur-siliciu (punct de topire 370°C) și aur-germaniu (punct de topire 356°C). Procesul de atașare eutectică a cristalului la baza carcasei are două varietăți. Primul tip se bazează pe utilizarea unei garnituri din aliaj eutectic, care se află între elementele conectate: cristalul și carcasa. În acest tip de conexiune, suprafața bazei carcasei trebuie să fie placată cu aur sub formă de peliculă subțire, iar suprafața cipului semiconductor nu poate fi placată cu aur (pentru siliciu și germaniu) sau acoperită cu un strat subțire. strat de aur (în cazul altor materiale semiconductoare care sunt atașate). Când o astfel de compoziție este încălzită la temperatura de topire a aliajului eutectic, se formează o zonă lichidă între elementele conectate (baza de cristal a corpului). În această zonă lichidă, pe de o parte, dizolvarea stratului de material semiconductor al cristalului (sau stratul de aur depus pe suprafața cristalului).

După ce întregul sistem este răcit (baza corpului este un cristal semiconductor eutectic topit), zona lichidă a aliajului eutectic se solidifică și se formează o soluție solidă la limita semiconductor-aliaj eutectic. Ca rezultat al acestui proces, se creează o legătură puternică mecanic a materialului semiconductor cu baza pachetului.

Al doilea tip de atașare eutectică a cristalului la baza carcasei este de obicei implementat pentru cristalele de siliciu sau germaniu. Spre deosebire de primul tip, o garnitură din aliaj eutectic nu este utilizată pentru a atașa cristalul. În acest caz, zona lichidă a topiturii eutectice se formează ca urmare a încălzirii compoziției bazei placate cu aur a cristalului de corp-siliciu (sau germaniu). Să aruncăm o privire mai atentă asupra acestui proces. Dacă pe suprafața bazei carcasei este plasat un cristal de siliciu fără un strat de aur, care are un strat subțire de acoperire cu aur, iar întregul sistem este încălzit la o temperatură cu 40-50 ° C mai mare decât temperatura eutectic aur-siliciu, apoi între elementele conectate se formează o fază lichidă a compoziției eutectice. Deoarece procesul de aliere a stratului de aur cu siliciu este neechilibrat, cantitatea de siliciu și aur dizolvată în zona lichidă va fi determinată de grosimea stratului de aur, de temperatura și timpul procesului de aliere. La expuneri suficient de lungi și la o temperatură constantă, procesul de aliere a aurului cu siliciu se apropie de echilibru și se caracterizează printr-un volum constant al fazei lichide aur-siliciu. Prezența unei cantități mari de faza lichidă poate duce la scurgerea acesteia de sub cristalul de siliciu către periferia sa. În timpul solidificării, eutecticul scurs duce la formarea unor tensiuni mecanice și învelișuri suficient de mari în structura cristalului de siliciu, care reduc drastic rezistența structurii aliajului și îi înrăutățesc parametrii electrici.

La valorile minime de timp și temperatură, fuziunea aurului cu siliciul nu are loc uniform pe întreaga zonă de contact dintre cristal și baza carcasei, ci doar în punctele sale individuale.

Ca urmare, rezistența îmbinării din aliaj scade, rezistența electrică și termică a contactului crește, iar fiabilitatea armăturii rezultate scade.

Starea suprafețelor elementelor originale îmbinate are un impact semnificativ asupra procesului de fuziune eutectică. Prezența contaminanților pe aceste suprafețe duce la o deteriorare a umezirii suprafețelor de contact cu faza lichidă și la dizolvarea neuniformă.

lipirea este un proces de conectare a elementelor între ele, bazat pe proprietățile adezive ale anumitor materiale, care fac posibilă obținerea de legături mecanice puternice între cristalele semiconductoare și bazele carcasei (metal, sticlă sau ceramică). Forța de lipire este determinată de forța de lipire dintre adeziv și suprafețele lipite ale elementelor.

Lipirea diferitelor elemente ale circuitelor integrate face posibilă conectarea unei game largi de materiale în diverse combinații, simplificarea proiectării ansamblului, reducerea masei acestuia, reducerea consumului de materiale scumpe, evitarea utilizării lipiturii și aliajelor eutectice și simplificarea semnificativă. procesele tehnologice de asamblare a celor mai complexe dispozitive semiconductoare și circuite integrate.

Ca urmare a lipirii, se pot obține fitinguri și compoziții complexe cu proprietăți electroizolante, optice și conductoare. Atașarea matrițelor la baza pachetului folosind procesul de lipire este indispensabilă pentru asamblarea și instalarea elementelor de circuit hibride, monolitice și optoelectronice.

La lipirea cristalelor pe baza carcasei se folosesc diverse tipuri de adezivi: izolatori, conductivi, conductori de lumină și conductori de căldură. După activitatea de interacțiune dintre adeziv și suprafețele de lipit, se disting polari (pe bază de rășini epoxidice) și nepolare (pe bază de polietilenă).

Calitatea procesului de lipire depinde în mare măsură nu numai de proprietățile adezivului, ci și de starea suprafețelor elementelor de lipit. Pentru a obține o conexiune puternică, este necesară prelucrarea și curățarea cu atenție a suprafețelor de lipit. Temperatura joacă un rol important în procesul de lipire. Deci, la lipirea elementelor structurale care nu sunt expuse la temperaturi ridicate în operațiunile tehnologice ulterioare, se pot folosi adezivi de întărire la rece pe bază de epoxi. Pentru lipirea cristalelor de siliciu pe baze metalice sau ceramice ale carcasei, se folosește de obicei adeziv VK-2, care este o soluție de rășină organosilicioasă într-un solvent organic cu azbest fin dispersat ca umplutură activă sau VK-32-200, în care sticlă sau cuarțul este folosit ca umplutură.

Procesul tehnologic de lipire a cristalelor semiconductoare se realizează în casete speciale de asamblare care asigură orientarea dorită a cristalului pe baza carcasei și presarea necesară a acestuia pe bază. Casetele asamblate, in functie de materialul adeziv folosit, sunt supuse unui anumit tratament termic sau pastrate la temperatura camerei.

Grupurile speciale sunt adezivii conductivi electric și optici utilizați pentru lipirea elementelor și ansamblurilor de circuite integrate hibride și optoelectronice. Adezivii conductivi sunt compoziții pe bază de rășini epoxidice și organosilicioase cu adaos de pulberi de argint sau nichel. Dintre aceștia, cei mai folosiți adezivi sunt AS-40V, EK-A, EK-B, K-3, EVT și KN-1, care sunt lichide păstoase cu o rezistență electrică specifică de 0,01-0,001 Ohm-cm și un interval de temperaturi de funcționare de la -60 la +150°С. Adezivii optici sunt supuși unor cerințe suplimentare privind valoarea indicelui de refracție și transmisia luminii. Cei mai utilizati adezivi optici OK.-72 F, OP-429, OP-430, OP-ZM.

Parametrii principali ai modului de sudare prin termocompresie sunt presiunea specifică, temperatura de încălzire și timpul de sudare.Presiunea specifică este selectată în funcție de tensiunea de compresie admisă a cristalului semiconductor și de deformarea admisă a materialului plumbului sudat. Timpul de sudare se alege experimental.

Deformare relativă în timpul sudării prin termocompresie

,

unde d este diametrul firului, microni; b-lățimea conexiunii, microni.

Presiunea asupra sculei este determinată pe baza distribuției tensiunilor în stadiul de finalizare a deformării:

,

G

de A-coeficient care caracterizează modificarea tensiunii în timpul deformării firului; f este coeficientul redus de frecare, care caracterizează frecarea dintre sculă, sârmă și substrat; - deformare relativă; - Limita de curgere a materialului de sarma la temperatura de deformare; d este diametrul firului; D este diametrul sculei de presare, de obicei egal cu (2h3)d.

Orez. 2. Nomograma pentru selectarea modurilor de sudare prin termocompresie:

a - sârmă de aur cu folie de aluminiu; b- sârmă de aluminiu cu folie de aluminiu

Pe fig. Figura 2 prezintă nomogramele modurilor de sudare prin termocompresie a sârmei de aur (a) și aluminiu (b) cu plăcuțe de contact din aluminiu. Aceste nomograme permit selectarea optimă a relației dintre presiune, temperatură și timp.

Sudarea prin termocompresie are destul de multe varietăți care pot fi clasificate după metoda de încălzire, prin metoda de atașare, după forma sculei. Conform metodei de încălzire, sudarea prin termocompresie se distinge prin încălzirea separată a acului, cristalului sau pumnului, precum și cu încălzirea simultană a două dintre aceste elemente. Conform metodei de conectare, sudarea prin termocompresie poate fi cap la cap și suprapunere. După forma instrumentului, se disting „cicul de pasăre”, „pană”, „capilar” și „ac” (Fig. 14.3).

La sudarea cu instrumentul „cioc de pasăre”, același dispozitiv alimentează firul, îl atașează la plăcuțele de contact ale circuitului integrat și se rupe automat fără a-l elibera din „cioc”. Instrumentul sub forma unei „pane” presează capătul firului pe substrat, în timp ce nu întregul fir este presat, ci doar partea centrală. La sudarea cu o „uneltă capilară”, firul trece prin acesta. Vârful capilar servește simultan ca un instrument care transmite presiunea sârmei. Când sudați cu un „ac”, capătul firului de sârmă este adus în zona de sudură printr-un mecanism special și plasat pe suportul de contact, apoi apăsat cu un ac cu o anumită forță.

R

este. 3. Tipuri de scule pentru sudarea prin termocompresie:

a- „ciocul de pasăre”; b- „pană”; c- „capilar”; domnule „ac”

Pentru a efectua procesul de sudare prin termocompresie, se folosesc diverse instalații, ale căror componente principale sunt: ​​o masă de lucru cu sau fără coloană de încălzire, un mecanism pentru crearea presiunii pe terminalul atașat, un instrument de lucru, un mecanism de alimentare și sârmă de rupere pentru terminale, un mecanism de alimentare cu cristale sau piese cu cristal atașat; un mecanism de combinare a elementelor conectate, un sistem optic pentru observarea vizuală a procesului de sudare, unități de putere și control. Toate nodurile enumerate pot avea un design diferit, dar principiul designului lor și natura muncii efectuate sunt aceleași.

În prezent, sunt utilizate două metode de sudare cu rezistență electrică pentru a conecta cablurile la plăcuțele de contact ale cristalelor de circuit integrat: cu aranjament unilateral a doi electrozi și cu aranjament unilateral a unui electrod dublu. A doua metodă diferă de prima prin faptul că electrozii de lucru sunt realizați sub forma a două elemente purtătoare de curent separate unul de celălalt printr-un distanțier izolator. În momentul presării unui astfel de electrod pe conductorul firului și trecerii curentului electrodului prin sistemul format, o cantitate mare de căldură este eliberată în punctul de contact. Presiunea externă în combinație cu încălzirea pieselor la temperatura de plasticitate sau topire duce la o conexiune puternică a acestora.

Mecanismul de alimentare cu cristale include un set de casete, iar mecanismul de aliniere include un sistem de manipulatoare care vă permit să plasați cristalul în poziția dorită. Un sistem de observare vizuală optică constă dintr-un microscop sau un proiector. Unitatea de alimentare și control vă permite să setați modul de funcționare al sudării și să îl reconstruiți și să îl reglați atunci când schimbați tipul de cristal și materialul de ieșire.

Sudarea la rece. Metoda de etanșare la rece este utilizată pe scară largă în industria electronică. În acele cazuri în care, la etanșarea părților originale ale carcasei, încălzirea acestora este inacceptabilă și este necesară o puritate ridicată a procesului, se utilizează sudarea la presiune la rece. În plus, sudarea la rece asigură o conexiune ermetică puternică a celor mai frecvent utilizate metale diferite (cupru, nichel, kovar și oțel).

Dezavantajele acestei metode includ prezența unei deformări semnificative a părților corpului la joncțiune, ceea ce duce la o schimbare semnificativă a formei și dimensiunilor totale ale produselor finite.

Modificarea diametrului exterior al corpului dispozitivului depinde de grosimea pieselor sudate originale. Modificarea diametrului exterior al dispozitivului finit după procesul de sudare la rece

unde este grosimea umărului părții superioare înainte de sudare; - grosimea umărului părții inferioare înainte de sudare.

De mare importanță pentru procesul de sudare la rece este prezența unei pelicule de oxid pe suprafața pieselor de îmbinat. Dacă acest film este ductil și mai moale decât metalul de bază, atunci sub presiune se răspândește în toate direcțiile și se subțiază, separând astfel suprafețele metalice curate, în urma cărora nu are loc sudarea. Dacă filmul de oxid este mai fragil și mai dur decât metalul pe care îl acoperă, atunci sub presiune se crapă, iar crăparea are loc în mod egal pe ambele părți care urmează să fie îmbinate. Contaminantii prezenti pe suprafata peliculei sunt ambalati pe ambele fete intr-un fel de pachete, bine prinse la margini. O creștere suplimentară a presiunii duce la răspândirea metalului pur în zonele periferice. Cea mai mare răspândire are loc în planul mijlociu al cusăturii formate, datorită căreia toate pachetele cu impurități sunt forțate să iasă, iar suprafețele metalice curate, care intră în interacțiuni interatomice, aderă ferm unele de altele.

Astfel, fragilitatea și duritatea sunt principalele calități ale peliculei de oxid, oferind o legătură strânsă. Deoarece pentru majoritatea metalelor grosimea acoperirii cu folii de oxid nu depășește 10-7 cm, piesele din astfel de metale sunt placate cu nichel sau cromate înainte de sudare. Filmele de nichel și crom au duritate și fragilitate suficientă și, prin urmare, îmbunătățesc semnificativ îmbinările sudate.

Înainte de a efectua procesul de sudare la rece, toate piesele sunt degresate, spălate și uscate. Pentru a forma o conexiune de înaltă calitate a două piese metalice, este necesar să se asigure o deformare suficientă, plasticitate și curățenie a pieselor care urmează să fie sudate.

Gradul de deformare K în timpul sudării la rece ar trebui să fie în intervalul 75-85%:

,

unde 2H este grosimea totală a pieselor care trebuie sudate; t este grosimea sudurii.

Rezistența sudurii

unde P este forța de rupere; D este diametrul amprentei proeminenței poansonului; H este grosimea uneia dintre piesele care urmează a fi sudate cu cea mai mică dimensiune; - rezistenta la tractiune cu cea mai mica valoare.

Pentru părțile corpului în timpul sudării la rece se recomandă următoarele combinații de materiale: cupru MB-cupru MB, cupru MB-cupru M1, cupru MB-oțel 10, aliaj N29K18 (kovar)-cupru MB, kovar-cupru M1.

Presiunile critice necesare pentru deformarea plastică și sudarea la rece, de exemplu, pentru o combinație de cupru-cupru, sunt 1,5 * 109 N / m2, pentru o combinație de cupru - kovar sunt 2 * 109 N / m2.

Etanșare din plastic. Sigilarea costisitoare a carcaselor din sticlă, sticlă-metal, cermet și metal este acum înlocuită cu succes de etanșarea din plastic. ) În unele cazuri, acest lucru crește fiabilitatea dispozitivelor și a circuitelor integrate, deoarece contactul cristalului semiconductor cu mediul gazos din interiorul carcasei este eliminat.

Etanșarea din plastic vă permite să izolați în mod fiabil cristalul de influențele externe și oferă o rezistență mecanică și electrică ridicată a structurii. Pentru etanșarea circuitelor integrate, materialele plastice pe bază de rășini epoxidice, organosiliciu și poliester sunt utilizate pe scară largă.

Principalele metode de etanșare sunt turnarea, învelirea și presarea sub presiune. La etanșarea prin turnare se folosesc matrițe goale, în care sunt plasate cristale semiconductoare cu cabluri exterioare lipite. Formele sunt umplute cu plastic.

La etanșarea dispozitivelor prin învelire, se iau două (sau mai multe) cabluri din bandă sau material de sârmă, acestea sunt conectate între ele cu o perlă de sticlă sau plastic și un cristal semiconductor este lipit de unul dintre cabluri și conductori de contact electric. sunt conectate la celălalt (celălalt) cablu. Ansamblul astfel obtinut este sigilat prin ambalaj plastic.

Cea mai promițătoare modalitate de a rezolva problema asamblarii și etanșării dispozitivelor este sigilarea cristalelor cu elemente active pe o bandă metalică, urmată de sigilarea cu plastic. Avantajul acestei metode de etanșare este posibilitatea de mecanizare și automatizare a proceselor de asamblare a diferitelor tipuri de circuite integrate. Principalul element structural al carcasei din plastic este o bandă de metal. Pentru a selecta profilul unei benzi metalice, este necesar să se pornească de la dimensiunea cristalelor, caracteristicile termice ale dispozitivelor, posibilitatea de a monta dispozitivele finite pe placa de circuit imprimat a circuitului electronic, rezistența maximă la rupere de la carcasa și simplitatea designului.

Schema tehnologică de etanșare din plastic a dispozitivului include etapele principale ale tehnologiei plane. Cristalele semiconductoare cu elemente active sunt atașate de o bandă metalică acoperită cu aur, prin aliarea eutectică a aurului cu siliciu sau prin lipire convențională. Banda metalică este fabricată din kovar, cupru, molibden, oțel, nichel.

Aplicații

R

este. 3. Schema ansamblului tip ventilator

R
este. 4. Schema de montaj cu piesa de baza

R

este. 5. Diagrama de asamblare (a) și secțiunea IC (b) într-o carcasă rotundă:

1 balon; 2-conductoare de legătură; 3-cristal; tampoane cu 4 pini; 5-lipire; capac cu 6 picioare; 7-sticlă; 8-concluzii; 9-pluvi despicate cu sticla; 10-conectarea prin sudura electrocontact a unui cilindru si a unui picior; 11 strat de placare (anvelopă)

Orez. 6. Schema de conectare (asamblare) a unui cristal cu fire bile și a unui substrat prin lipire:

1
-cristal; Pad cu 2 pini; 3-sticlă; 4-bile de cupru; 5-perna de cupru; 6-lipire (temperatura ridicata); 7-lipire (temperatura scazuta); 8-plumb din aliaj AgPb; 9-substrat.

Orez. 7. Schema de conectare (asamblare) a unui cristal cu cabluri de fascicul și a unui substrat prin lipire:

1-plumb fascicul de aur; 2-placă de siliciu; 3-cristal; 4-nitrură de siliciu; 5-platină; 6-titan; 7-substrat; 8-tampă de aur.

Orez. 8. Schema liniei de asamblare a circuitului integrat

Benzile de transfer sunt folosite pe linia de asamblare. Asamblarea și transportul se efectuează pe o bandă kovar, care este supusă fotolitografiei în secțiunile L și B pentru a obține concluziile 2 (Fig. 10, a). În secțiunile C, D și D, pe bază de bandă cu rame de plumb, se realizează cutii de instrumente cu plombe aurite. Bucățile de bandă cu carcase sunt trimise pentru asamblare. Banda 2, care se derulează din bobina 1, se spală și se degresează în baia 3 și se aplică cu un fotorezistent în baia 4, expusă în unitatea 5 cu o lampă ultravioletă 7. Rolul măștii în unitate este îndeplinit de banda 6 care se mișcă continuu sincron. cu bandă 2. Apoi benzile se spală în băile 8 și 9. Cadrul 2 conduce (Fig. 10, a) și perforațiile sunt gravate în baia 10. Stratul de fotorezist se îndepărtează în baia 11, iar banda se usucă la ieșire. . Perforațiile rezultate sunt folosite pentru a tensiona și a muta banda cu ajutorul unui asterisc 12. În instalația 13, o bandă de transfer cu un strat de sticlă de lipit este lipită pe ambele părți ale benzii de plumb. Sistemul rezultat este ars, stratul adeziv arde, iar sticla este lipită pe metalul benzii principale (Fig. 10, b). Răcirea la temperatura camerei se efectuează în camera 14. Utilizând dispozitivul 15, benzile de mascare cu ferestre sunt lipite pe straturile de sticlă, prin care sunt gravate cavitățile în baia 16 până când sunt detectate cablurile interne (Fig. 10, f).

P
blocurile de corp obținute astfel din benzi de metal și sticlă sunt introduse în baia 17 pentru aurirea cablurilor. Pe dispozitivul 18, banda este tăiată în segmente cu carcase, care sunt alimentate prin transportorul 19 către ansamblu. Un cristal cu structuri gata făcute este conectat cu ajutorul unor proeminențe bile la sistemul de terminale din interiorul pachetului rezultat folosind metoda de montare inversată, cu fața în jos (Fig. 10, d). Carcasa este etanșată într-un mediu de protecție cu bucăți de bandă covar 7, care sunt lipite de bază folosind sticlă încălzită de unealtă (Fig. 10, e). Microcircuitul rezultat este prezentat în Fig. 10, e

Orez. 9. Panglică de transfer:

1-strat purtător; 2-strat de transfer; 3-strat adeziv; Hârtie cu 4 lansări

R

este. 10. Schema de asamblare automată a circuitelor integrate pe bandă:

1-banda suport; 2- concluzii (dupa gravare); 3- perforatie pentru miscarea benzii; 4-bandă de lipit de sticlă; pachet IC cu 5 cavități; 6-cristal cu structuri finisate; 7 - corp; 8-capac; 9-unealta de incalzire

Ministerul Educației al Federației Ruse

Departamentul: „Inginerie electronică”.

proiect de curs

Asamblarea dispozitivelor semiconductoare și a circuitelor integrate

Completat: st-t gr. EPU - 32

Kozachuk Vitali Mihailovici

Verificat de: Conf. univ

Şumarin Viktor Prakofievici

Saratov 2000

MONTAJUL DISPOZITIVELOR SEMICONDUCTOARE

ȘI MICROCIRCUIT INTEGRAT

Caracteristicile procesului de asamblare

Asamblarea dispozitivelor semiconductoare și a circuitelor integrate este cea mai consumatoare de timp și cea mai responsabilă etapă tehnologică din ciclul general de fabricație a acestora. Stabilitatea parametrilor electrici și fiabilitatea produselor finite depind în mare măsură de calitatea operațiunilor de asamblare.

Etapa de asamblare începe după finalizarea procesării în grup a plachetelor semiconductoare folosind tehnologia plană și separarea lor în elemente individuale (cristale). Aceste cristale pot avea cea mai simplă structură (diodă sau tranzistor) sau pot include un circuit integrat complex (cu un număr mare de elemente active și pasive) și ajung la asamblarea compozițiilor discrete, hibride sau monolitice.

Dificultatea procesului de asamblare constă în faptul că fiecare clasă de dispozitive discrete și circuite integrate are propriile caracteristici de proiectare care necesită operațiuni de asamblare bine definite și moduri de implementare a acestora.

Procesul de asamblare include trei operațiuni tehnologice principale: atașarea unui cristal la baza carcasei; conectarea conducătorilor de curent la elementele active și pasive ale cristalului semiconductor la elementele interne ale carcasei; etanșarea cristalului de mediul extern.

Atașarea cristalului la baza carcasei

Atașarea unui cristal de dispozitiv semiconductor sau IC la baza pachetului se realizează folosind procesele de lipire, fuziune folosind aliaje eutectice și lipire.

Principala cerință pentru operația de atașare a unui cristal este crearea unei conexiuni între cristal și baza corpului, care are rezistență mecanică ridicată, conductivitate electrică și termică bună.

Lipirea- procesul de unire a două părți diferite împreună fără a le topi, folosind o a treia componentă numită lipire. O caracteristică a procesului de lipire este că lipitul în timpul formării unei îmbinări de lipit este în stare lichidă, iar piesele care trebuie îmbinate sunt în stare solidă.

Esența procesului de lipire este următoarea. Dacă între piesele de îmbinat sunt plasate plăci de lipit și întreaga compoziție este încălzită la temperatura de topire a lipitului, vor avea loc următoarele trei procese fizice. În primul rând, lipitura topită udă suprafețele pieselor care urmează să fie îmbinate. Mai mult, în locurile umede au loc procesele de interacțiune interatomică dintre lipit și fiecare dintre cele două materiale umede de acesta. La umectare, sunt posibile două procese: dizolvarea reciprocă a materialului umezit și lipirea sau difuzia lor reciprocă. După ce compoziția încălzită este răcită, lipitura se solidifică. Aceasta formează o îmbinare de lipire puternică între materiile prime și lipit.

Procesul de lipire este bine înțeles, simplu și nu necesită echipamente complexe și costisitoare. În producția în serie de produse electronice, lipirea cristalelor semiconductoare la bazele carcasei se realizează în cuptoare transportoare cu productivitate ridicată. Lipirea se realizează într-un mediu reducător (hidrogen) sau neutru (azot, argon). Casetele cu mai multe locuri sunt încărcate în cuptor, în care sunt plasate preliminar bazele carcasei, porțiunile de lipit și cristalele semiconductoare. Când banda transportoare se mișcă, caseta cu piesele care trebuie îmbinate trece secvenţial prin zonele de încălzire, temperatură constantă și răcire. Viteza de mișcare a casetei și regimul de temperatură sunt stabilite și reglate în conformitate cu caracteristicile tehnologice și de proiectare ale unui anumit tip de dispozitiv semiconductor sau IC.

Alături de cuptoarele transportoare pentru lipirea unui cristal semiconductor la baza carcasei, se folosesc instalații care au o poziție individuală de încălzire, pe care sunt instalate doar o parte a carcasei (picior) și un cristal semiconductor. Când lucrează la o astfel de instalație, operatorul, folosind un manipulator, așează cristalul pe baza carcasei și încălzește pentru scurt timp unitatea care urmează să fie conectată. Un gaz inert este furnizat zonei de încălzire. Această metodă de îmbinare a pieselor dă rezultate bune, cu condiția ca suprafețele cristalului de îmbinat și baza carcasei să fie pre-cositorite.

Procesul de atașare a unui cristal prin lipire este împărțit în temperatură joasă (până la 400 ° C) și temperatură înaltă (peste 400 ° C). Ca lipituri la temperatură joasă se folosesc aliaje pe bază de plumb și staniu cu aditivi (până la 2%) de antimoniu sau bismut. Adăugarea de antimoniu sau bismut la lipirea staniu-plumb face posibilă evitarea apariției „ciumei staniului” în dispozitivele și circuitele integrate finite în timpul funcționării lor și al depozitării pe termen lung. Lipiturile la temperatură înaltă sunt realizate pe bază de argint (PSr-45, PSr-72 etc.).

Procesul de lipire și calitatea îmbinării de lipit a pieselor obținute sunt puternic influențate de puritatea suprafețelor metalice care se îmbină și a lipirii utilizate, de compoziția atmosferei procesului de lucru și de prezența fluxurilor.

Procesul de lipire își găsește cea mai largă aplicație în asamblarea dispozitivelor semiconductoare discrete (diode, tranzistoare, tiristoare etc.). Acest lucru se explică prin faptul că procesul de lipire face posibilă obținerea unui contact electric și termic bun între cristalul semiconductor și suportul de cristal al carcasei, iar zona conexiunii de contact poate fi destul de mare (pentru dispozitive de mare putere).

Procesul de lipire ocupă un loc special atunci când un cristal semiconductor de o suprafață mare este fixat pe baza unei carcase de cupru. În acest caz, pentru a reduce tensiunile termomecanice care apar din cauza diferenței de coeficienți de dilatare termică a materialelor semiconductoare și sunt utilizate pe scară largă compensatoare termice de cupru, molibden și molibden-tungsten, având o suprafață egală cu aria unui cristal semiconductor și TC l-aproape de TK l semiconductor. O astfel de compoziție complexă în mai multe etape cu două straturi de lipit este utilizată cu succes în asamblarea dispozitivelor semiconductoare de putere medie și mare.

Procesul de lipire a fost dezvoltat în continuare în timpul asamblarii circuitelor integrate folosind tehnologia „flipped crystal”. Această tehnologie prevede crearea preliminară pe partea plană a unui cristal cu un IC de „conductoare de bile” sau „proeminențe de contact”, care sunt tuberculi de cupru acoperiți cu lipire sau cositor. Un astfel de cristal este plasat pe suprafața substratului sau pe baza carcasei, astfel încât tuberculii să fie în contact cu acesta în anumite zone. Astfel, cristalul se întoarce și partea sa plană, prin tuberculi, intră în contact cu suprafața bazei carcasei.

La încălzirea pe termen scurt a unei astfel de compoziții, are loc o conexiune puternică a proeminențelor de contact ale cristalului semiconductor cu baza carcasei. Trebuie remarcat faptul că acele secțiuni ale suprafeței corpului cu care „proeminențele” sunt în contact sunt și ele cositorite preliminar. Prin urmare, în momentul încălzirii, lipirea bazei corpului este conectată cu lipirea proeminențelor de contact.

Pe fig. unu, A este prezentată o variantă de atașare a unui cip IC având proeminențe de contact din cupru cositorit la un substrat. Acest design al cablurilor nu se teme de răspândirea lipirii pe substrat. Prezența unei proeminențe înalte în formă de ciupercă asigură decalajul necesar între cristalul semiconductor și substrat în timpul topirii lipirii. Acest lucru permite atașarea cristalului de substrat cu un grad ridicat de precizie.

Pe fig. unu, v este prezentată o variantă a ansamblului de cristale cu umflături moi din lipire staniu-plumb.

Atașarea unui astfel de cristal la baza carcasei se realizează prin încălzire convențională fără presiune suplimentară asupra cristalului. Lipirea proeminențelor de contact în timpul încălzirii și topirii nu se răspândește pe suprafața secțiunilor cositorite ale bazei corpului din cauza forțelor de tensiune superficială. Acest lucru, în plus, asigură un anumit decalaj între cristal și substrat.

Metoda considerată de atașare a cristalelor IC la baza carcasei sau la orice placă face posibilă mecanizarea și automatizarea procesului de asamblare în mare măsură.

Suprafața cu aliaje eutectice. Această metodă de atașare a cipurilor semiconductoare la baza pachetului se bazează pe formarea unei zone topite în care stratul de suprafață al materialului semiconductor și stratul metalic al bazei pachetului sunt dizolvate.

Două aliaje eutectice sunt utilizate pe scară largă în industrie: aur-siliciu (punct de topire 370°C) și aur-germaniu (punct de topire 356°C). Procesul de atașare eutectică a cristalului la baza carcasei are două varietăți. Primul tip se bazează pe utilizarea unei garnituri din aliaj eutectic, care se află între elementele conectate: cristalul și carcasa. În acest tip de conexiune, suprafața bazei carcasei trebuie să fie placată cu aur sub formă de peliculă subțire, iar suprafața cipului semiconductor nu poate fi placată cu aur (pentru siliciu și germaniu) sau acoperită cu un strat subțire. strat de aur (în cazul altor materiale semiconductoare care sunt atașate). Când o astfel de compoziție este încălzită la temperatura de topire a aliajului eutectic, se formează o zonă lichidă între elementele conectate (baza de cristal a corpului). În această zonă lichidă, pe de o parte, dizolvarea stratului de material semiconductor al cristalului (sau stratul de aur depus pe suprafața cristalului).

După ce întregul sistem este răcit (baza corpului este un cristal semiconductor eutectic topit), zona lichidă a aliajului eutectic se solidifică și se formează o soluție solidă la limita semiconductor-aliaj eutectic. Ca rezultat al acestui proces, se creează o legătură puternică mecanic a materialului semiconductor cu baza pachetului.

Al doilea tip de atașare eutectică a cristalului la baza carcasei este de obicei implementat pentru cristalele de siliciu sau germaniu. Spre deosebire de primul tip, o garnitură din aliaj eutectic nu este utilizată pentru a atașa cristalul. În acest caz, zona lichidă a topiturii eutectice se formează ca urmare a încălzirii compoziției bazei placate cu aur a cristalului de corp-siliciu (sau germaniu). Să aruncăm o privire mai atentă asupra acestui proces. Dacă pe suprafața bazei carcasei este plasat un cristal de siliciu fără un strat de aur, care are un strat subțire de acoperire cu aur, iar întregul sistem este încălzit la o temperatură cu 40-50 ° C mai mare decât temperatura eutectic aur-siliciu, apoi între elementele conectate se formează o fază lichidă a compoziției eutectice. Deoarece procesul de aliere a stratului de aur cu siliciu este neechilibrat, cantitatea de siliciu și aur dizolvată în zona lichidă va fi determinată de grosimea stratului de aur, de temperatura și timpul procesului de aliere. La expuneri suficient de lungi și la o temperatură constantă, procesul de aliere a aurului cu siliciu se apropie de echilibru și se caracterizează printr-un volum constant al fazei lichide aur-siliciu. Prezența unei cantități mari de faza lichidă poate duce la scurgerea acesteia de sub cristalul de siliciu către periferia sa. În timpul solidificării, eutecticul scurs duce la formarea unor tensiuni mecanice și învelișuri suficient de mari în structura cristalului de siliciu, care reduc drastic rezistența structurii aliajului și îi înrăutățesc parametrii electrici.

La valorile minime de timp și temperatură, fuziunea aurului cu siliciul nu are loc uniform pe întreaga zonă de contact dintre cristal și baza carcasei, ci doar în punctele sale individuale.

Ca urmare, rezistența îmbinării din aliaj scade, rezistența electrică și termică a contactului crește, iar fiabilitatea armăturii rezultate scade.

Starea suprafețelor elementelor originale îmbinate are un impact semnificativ asupra procesului de fuziune eutectică. Prezența contaminanților pe aceste suprafețe duce la o deteriorare a umezirii suprafețelor de contact cu faza lichidă și la dizolvarea neuniformă.

lipirea este un proces de conectare a elementelor între ele, bazat pe proprietățile adezive ale anumitor materiale, care fac posibilă obținerea de legături mecanice puternice între cristalele semiconductoare și bazele carcasei (metal, sticlă sau ceramică). Forța de lipire este determinată de forța de lipire dintre adeziv și suprafețele lipite ale elementelor.

Lipirea diferitelor elemente ale circuitelor integrate face posibilă conectarea unei game largi de materiale în diverse combinații, simplificarea proiectării ansamblului, reducerea masei acestuia, reducerea consumului de materiale scumpe, evitarea utilizării lipiturii și aliajelor eutectice și simplificarea semnificativă. procesele tehnologice de asamblare a celor mai complexe dispozitive semiconductoare și circuite integrate.

Ca urmare a lipirii, se pot obține fitinguri și compoziții complexe cu proprietăți electroizolante, optice și conductoare. Atașarea matrițelor la baza pachetului folosind procesul de lipire este indispensabilă pentru asamblarea și instalarea elementelor de circuit hibride, monolitice și optoelectronice.

La lipirea cristalelor pe baza carcasei se folosesc diverse tipuri de adezivi: izolatori, conductivi, conductori de lumină și conductori de căldură. După activitatea de interacțiune dintre adeziv și suprafețele de lipit, se disting polari (pe bază de rășini epoxidice) și nepolare (pe bază de polietilenă).

Calitatea procesului de lipire depinde în mare măsură nu numai de proprietățile adezivului, ci și de starea suprafețelor elementelor de lipit. Pentru a obține o conexiune puternică, este necesară prelucrarea și curățarea cu atenție a suprafețelor de lipit. Temperatura joacă un rol important în procesul de lipire. Deci, la lipirea elementelor structurale care nu sunt expuse la temperaturi ridicate în operațiunile tehnologice ulterioare, se pot folosi adezivi de întărire la rece pe bază de epoxi. Pentru lipirea cristalelor de siliciu pe baze metalice sau ceramice ale carcasei, se folosește de obicei adeziv VK-2, care este o soluție de rășină organosilicioasă într-un solvent organic cu azbest fin dispersat ca umplutură activă sau VK-32-200, în care sticlă sau cuarțul este folosit ca umplutură.

Procesul tehnologic de lipire a cristalelor semiconductoare se realizează în casete speciale de asamblare care asigură orientarea dorită a cristalului pe baza carcasei și presarea necesară a acestuia pe bază. Casetele asamblate, in functie de materialul adeziv folosit, sunt supuse unui anumit tratament termic sau pastrate la temperatura camerei.

Grupurile speciale sunt adezivii conductivi electric și optici utilizați pentru lipirea elementelor și ansamblurilor de circuite integrate hibride și optoelectronice. Adezivii conductivi sunt compoziții pe bază de rășini epoxidice și organosilicioase cu adaos de pulberi de argint sau nichel. Dintre aceștia, cei mai folosiți adezivi sunt AS-40V, EK-A, EK-B, K-3, EVT și KN-1, care sunt lichide păstoase cu o rezistență electrică specifică de 0,01-0,001 Ohm-cm și un interval de temperaturi de funcționare de la -60 la +150°С. Adezivii optici sunt supuși unor cerințe suplimentare privind valoarea indicelui de refracție și transmisia luminii. Cei mai utilizati adezivi optici OK.-72 F, OP-429, OP-430, OP-ZM.

Pini de conectare

În dispozitivele semiconductoare moderne și în circuitele integrate, în care dimensiunea plăcuțelor de contact este de câteva zeci de micrometri, procesul de atașare a cablurilor este una dintre cele mai consumatoare operațiuni tehnologice.

În prezent, sunt utilizate trei tipuri de sudare pentru conectarea cablurilor la plăcuțele de contact ale circuitelor integrate: termocompresie, electrocontact și ultrasonică.

Sudarea prin termocompresie vă permite să conectați cabluri electrice cu o grosime de câteva zeci de micrometri la contactele ohmice ale cristalelor cu un diametru de cel puțin 20-50 microni, iar cablul electric poate fi conectat direct la suprafața semiconductorului fără un strat metalic intermediar. după cum urmează. Un fir subțire de aur sau aluminiu este aplicat pe cristal și presat cu o tijă încălzită. După o scurtă expunere, firul este strâns lipit de suprafața cristalului. Aderența se produce datorită faptului că și la presiuni specifice scăzute care acționează asupra unui cristal semiconductor și nu provoacă distrugerea acestuia, presiunea locală în microproeminențe de pe suprafață poate fi foarte mare. Acest lucru duce la deformarea plastică a proeminențelor, care este facilitată de încălzirea la o temperatură sub temperatura eutectică pentru un metal și semiconductor dat, care nu provoacă nicio modificare a structurii cristaline. Deformarea (scurgerile) în curs de desfășurare a microproeminențelor și microcavităților determină o aderență puternică și un contact sigur datorită forțelor de coeziune van der Waals și, odată cu creșterea temperaturii, este mai probabilă o legătură chimică între materialele care urmează să fie îmbinate. Sudarea prin compresie termică are următoarele avantaje:

a) piesele se imbina fara topirea materialelor sudate;

b) presiunea specifică aplicată cristalului nu duce la deteriorarea mecanică a materialului semiconductor;

c) conexiunile se obțin fără contaminare, deoarece nu se folosesc lipituri și fluxuri.

Dezavantajele includ productivitatea scăzută a procesului.

Sudarea prin termocompresie poate fi realizată prin suprapunere și îmbinări cap la cap. La sudarea cu o suprapunere, un fir electric, după cum s-a menționat, este plasat pe suportul de contact al unui cristal semiconductor și apăsat împotriva acestuia cu un instrument special până când cablul se deformează. Axa ieșirii firului în timpul sudării este paralelă cu planul suportului de contact. La sudarea cap la cap, cablul de sârmă este sudat cap la cap pe suportul de contact. Axa conductorului firului la punctul de conectare este perpendiculară pe planul suportului de contact.

Sudarea prin suprafață asigură o conexiune puternică a unui cristal semiconductor cu cabluri de sârmă din aur, aluminiu, argint și alte metale ductile, iar sudarea cap la cap numai cu fire de aur. Grosimea cablurilor poate fi de 15-100 µm.

Puteți conecta cablurile atât la cristale semiconductoare pure, cât și la plăcuțe de contact acoperite cu un strat de aur sau aluminiu pulverizat. La utilizarea suprafețelor curate de cristal, rezistența de contact crește, iar parametrii electrici ai dispozitivelor se deteriorează.

Elementele supuse sudării prin termocompresie suferă anumite procesări tehnologice. Suprafața unui cristal semiconductor acoperit cu un strat de aur sau aluminiu este degresată.

Sârma de aur este recoaptă la 300-600°C timp de 5-20 de minute, în funcție de metoda de îmbinare a pieselor. Firul de aluminiu este decapat într-o soluție saturată de hidroxid de sodiu la 80°C timp de 1-2 minute, se spală în apă distilată și se usucă.

Parametrii principali ai modului de sudare prin termocompresie sunt presiunea specifică, temperatura de încălzire și timpul de sudare.Presiunea specifică este selectată în funcție de tensiunea de compresie admisă a cristalului semiconductor și de deformarea admisă a materialului plumbului sudat. Timpul de sudare se alege experimental.

Unde d- diametrul firului, microni; b- latimea racordului, microni.

Presiunea asupra sculei este determinată pe baza distribuției tensiunilor în stadiul de finalizare a deformării:

Unde A-coeficient de caracterizare a modificării tensiunilor în procesul de deformare a sârmei; f- coeficient redus de frecare care caracterizează frecarea dintre sculă, sârmă și substrat; - deformare relativă; - Limita de curgere a materialului de sarma la temperatura de deformare; d- Diametrul firului; D- diametrul sculei de prindere, de obicei egal cu (2÷3) d.

Orez. 2. Nomograma pentru selectarea modurilor de sudare prin termocompresie:

A- sârmă de aur cu folie de aluminiu; b- sârmă de aluminiu cu folie de aluminiu

Pe fig. Figura 2 prezintă nomogramele modurilor de sudare prin termocompresie a sârmei de aur (a) și aluminiu (b) cu plăcuțe de contact din aluminiu. Aceste nomograme permit selectarea optimă a relației dintre presiune, temperatură și timp.

Sudarea prin termocompresie are destul de multe soiuri care pot fi clasificate după metoda de încălzire, după metoda de atașare, după forma sculei. Conform metodei de încălzire, sudarea prin termocompresie se distinge prin încălzirea separată a acului, cristalului sau pumnului, precum și cu încălzirea simultană a două dintre aceste elemente. Conform metodei de conectare, sudarea prin termocompresie poate fi cap la cap și suprapunere. După forma instrumentului, se disting „cicul de pasăre”, „pană”, „capilar” și „ac” (Fig. 14.3).

La sudarea cu instrumentul „cioc de pasăre”, același dispozitiv alimentează firul, îl atașează la plăcuțele de contact ale circuitului integrat și se rupe automat fără a-l elibera din „cioc”. Instrumentul sub forma unei „pane” presează capătul firului pe substrat, în timp ce nu întregul fir este presat, ci doar partea centrală. La sudarea cu o „uneltă capilară”, firul trece prin acesta. Vârful capilar servește simultan ca un instrument care transmite presiunea sârmei. Când sudați cu un „ac”, capătul firului de sârmă este adus în zona de sudură printr-un mecanism special și plasat pe suportul de contact, apoi apăsat cu un ac cu o anumită forță.

Orez. 3. Tipuri de scule pentru sudarea prin termocompresie:

A- „ciocul de pasăre”; b- "pană"; v- "capilar"; G- "ac"

Pentru a efectua procesul de sudare prin termocompresie, se folosesc diverse instalații, ale căror componente principale sunt: ​​o masă de lucru cu sau fără coloană de încălzire, un mecanism pentru crearea presiunii pe terminalul atașat, un instrument de lucru, un mecanism de alimentare și sârmă de rupere pentru terminale, un mecanism de alimentare cu cristale sau piese cu cristal atașat; un mecanism de combinare a elementelor conectate, un sistem optic pentru observarea vizuală a procesului de sudare, unități de putere și control. Toate nodurile enumerate pot avea un design diferit, dar principiul designului lor și natura muncii efectuate sunt aceleași.

Deci, masa de lucru a tuturor instalațiilor servește la fixarea cristalului sau a pachetului circuitului integrat într-o anumită poziție. De obicei, masa de lucru a unităților de termocompresie este interschimbabilă, ceea ce face posibilă fixarea cristalelor de diferite dimensiuni și forme geometrice. Coloana de încălzire este utilizată pentru a încălzi cristale sau carcase la temperatura necesară și vă permite să o reglați în intervalul 50-500°C cu o precizie de reglare de +5°C. Mecanismul de creare a presiunii este proiectat pentru a presa plumbul pe suportul de contact al cristalului și asigură reglarea forței de la 0,01 la 5 N cu o precizie de ±5%. Instrumentul de lucru este una dintre componentele principale ale unității de termocompresie. Este realizat din aliaje dure, cum ar fi VK-6M, VK-15 (pentru unelte „ciocul de pasăre” și „capilare”).

sau din corindon sintetic (pentru „pană” și „ac”). Designul mecanismului de alimentare și rupere a sârmei depinde de tipul de instalare și de forma instrumentului de lucru. Există două metode de detașare care sunt cele mai utilizate; pârghie și electromagnetice. Procesul de rupere a unui cablu de sârmă după fabricarea unei îmbinări de termocompresie pe un cip de circuit integrat fără a-i încălca rezistența depinde în mare măsură de caracteristicile de proiectare ale mecanismului. Mecanismul de alimentare cu cristale sau piese la locul de sudare este cleme obișnuite sau casete complexe montate pe masa de lucru a instalației. Cea mai mare productivitate se realizează la utilizarea casetelor cu bandă metalică, pe care carcasele sau cristalele sunt orientate preliminar într-un plan dat și într-o anumită poziție. Mecanismul de aliniere include de obicei manipulatoare care permit deplasarea cristalului până când este aliniat cu elementele conectate. De obicei se folosesc două tipuri de manipulatoare: pârghie și pantograf. Sistemul de observare vizuală optică constă dintr-un microscop binocular sau un ecran de proiector cu mărire. În funcție de dimensiunea elementelor atașate, mărirea sistemului optic este aleasă de la 10 la 100 de ori.

Sudare cu electrocontact folosit pentru a conecta cablurile metalice la plăcuțele de contact ale cristalelor semiconductoare și circuitelor integrate. Esența fizică a procesului de sudare prin electrocontact este încălzirea elementelor de îmbinat în zonele locale de aplicare a electrozilor. Încălzirea zonelor locale ale elementelor conectate are loc datorită rezistenței electrice maxime care apare în punctele de contact ale materialului cu electrozii atunci când un curent electric trece prin electrozi. Parametrii principali ai procesului de sudare prin contact electric sunt valoarea curentului de sudare, rata de creștere a curentului, timpul de expunere a curentului la elementele care trebuie conectate și forța de apăsare a electrozilor pe piesele care trebuie conectate.

În prezent, două metode de sudare cu rezistență electrică sunt utilizate pentru a conecta cablurile la plăcuțele de contact ale cristalelor din circuitul integrat: cu aranjare unilaterală a doi electrozi și cu aranjare unilaterală a unui electrod dublu. A doua metodă diferă de prima prin faptul că electrozii de lucru sunt realizați sub forma a două elemente purtătoare de curent separate unul de celălalt printr-un distanțier izolator. În momentul presării unui astfel de electrod pe conductorul firului și trecerii curentului electrodului prin sistemul format, o cantitate mare de căldură este eliberată în punctul de contact. Presiunea externă în combinație cu încălzirea pieselor la temperatura de plasticitate sau topire duce la o conexiune puternică a acestora.

Echipamentul tehnologic pentru conectarea cablurilor prin sudare prin electrocontact include următoarele componente principale: o masă de lucru, un mecanism pentru crearea presiunii asupra electrodului, un mecanism pentru alimentarea și tăierea firelor, un instrument de lucru, un mecanism pentru alimentarea cu cristale sau carcase cu cristale, o mecanism pentru combinarea elementelor conectate, un sistem de observare vizuală optică a procesului de sudare, unități de putere și control. Masa de lucru este folosită pentru a plasa pe ea cristale sau carcase cu cristale. Mecanismul de creare a presiunii pe electrod vă permite să aplicați o forță de 0,1-0,5 N. Principiul de funcționare al mecanismului de alimentare și tăiere a firului se bazează pe mișcarea firului prin orificiul capilar și tăierea acestuia cu o pârghie. cuţit. Forma și materialul sculei de lucru au o mare influență asupra calității și productivității procesului de sudare cu fulger. De obicei, partea de lucru a vârfurilor electrodului are forma unei piramide trunchiate și este realizată din material de înaltă rezistență pe bază de carbură de tungsten de calitate VK-8. Mecanismul de alimentare cu cristale include un set de casete, iar mecanismul de aliniere include un sistem de manipulatoare care vă permit să plasați cristalul în poziția dorită. Un sistem de observare vizuală optică constă dintr-un microscop sau un proiector. Unitatea de alimentare și control vă permite să setați modul de funcționare al sudării și să îl reconstruiți și să îl reglați atunci când schimbați tipul de cristal și materialul de ieșire.

sudare cu ultrasunete, utilizat pentru conectarea cablurilor la plăcuțele de contact ale dispozitivelor semiconductoare și circuitelor integrate, are următoarele avantaje: lipsa încălzirii elementelor conectate, timp scurt de sudare, posibilitatea de sudare a materialelor diferite și greu de sudat. Absența încălzirii vă permite să obțineți conexiuni fără a topi piesele care trebuie sudate. Timpul scurt de sudare face posibilă creșterea productivității procesului de asamblare.

Mecanismul de formare a unei conexiuni între un terminal și un tampon în timpul sudării cu ultrasunete este determinat de deformarea plastică, îndepărtarea contaminării, autodifuziunea și forțele de tensiune superficială. Procesul de sudare cu ultrasunete se caracterizează prin trei parametri principali: amplitudinea și frecvența vibrațiilor ultrasonice, valoarea presiunii aplicate și timpul procesului de sudare. ^ Instalațiile pentru sudarea cu ultrasunete constau din următoarele unități principale: o masă de lucru, un mecanism pentru crearea presiunii, un mecanism pentru alimentarea bucăților H de sârmă, un dispozitiv de sudare cu ultrasunete și un sistem optic.

Etanșare cu cristale

După ce cristalul semiconductor este orientat și fixat pe baza carcasei, iar cablurile sunt conectate la plăcuțele sale de contact, acesta trebuie protejat de influența mediului, adică trebuie creat în jurul lui un înveliș etanș și puternic mecanic. O astfel de carcasă poate fi creată fie prin atașarea unui capac (cilindru) special la baza carcasei, care acoperă cristalul semiconductor și îl izolează de mediul extern, fie prin învelirea bazei carcasei cu cristalul semiconductor situat pe acesta. cu plastic, care separă și cristalul de mediu.

Lipirea, electrocontactul și sudarea la rece sunt utilizate pe scară largă pentru a conecta ermetic baza carcasei cu un capac sau un cilindru (o versiune discretă a dispozitivelor semiconductoare) și turnarea, învelirea și sertizarea cu plastic pentru a sigila cristalul pe suport.)

Lipirea. Lipirea este utilizată pentru a etanșa atât dispozitivele discrete, cât și circuitele integrate. Acest proces și-a găsit cea mai mare utilizare practică în asamblarea și etanșarea carcaselor de diode și tranzistori. Elementele structurale ale carcaselor includ unități și blocuri separate obținute pe baza proceselor de lipire: metal pe metal, metal pe ceramică și metal pe sticlă. Luați în considerare aceste tipuri de lipire.

Lipirea metal pe metal considerat deja în §2. Prin urmare, aici ne vom concentra doar asupra caracteristicilor tehnologice care sunt asociate cu producția de îmbinări de lipit etanșate.

Elementele principale ale unei îmbinări de lipit la etanșarea circuitelor integrate sunt baza carcasei și capacul. Procesul de îmbinare a bazei carcasei cu capacul poate fi efectuat fie folosind un strat de lipit, care se află între baza carcasei și capac sub formă de inel, fie fără un strat de lipit. În al doilea caz, marginile bazei corpului și ale capacului sunt pre-cositorite cu lipire.

La etanșarea diodelor, tranzistoarelor și tiristoarelor, în funcție de designul carcasei, pot apărea mai multe îmbinări de lipit. Deci, prin lipire, suportul de cristal este conectat la cilindru și bornele superioare ale carcasei tiristorului sunt sigilate.

Procesul de lipire în timpul etanșării impune cerințe privind puritatea pieselor originale, care sunt curățate, spălate și uscate în prealabil. Procesul de lipire se realizează în vid, mediu inert sau reducător. Când se utilizează fluxuri, lipirea poate fi efectuată în aer. Fluxurile îmbunătățesc foarte mult umezirea și răspândirea lipitului peste piesele care trebuie îmbinate, iar aceasta este cheia formării unei îmbinări de lipire etanșate. După rolul lor, fluxurile sunt împărțite în două grupe; protectoare si active. Fluxurile de protecție protejează piesele de oxidare în timpul procesului de lipire, iar fluxurile active contribuie la reducerea oxizilor formați în timpul procesului de lipire. Soluțiile de colofoniu sunt cel mai adesea folosite ca fluxuri de protecție. Fluxurile active sunt clorura de zinc și clorura de amoniu. Pentru lipire se folosesc lipituri POS-40 și POS-60.

Lipirea ceramicii cu metal. în tehnologia semiconductoarelor. ca și în electrovacuum, joncțiunile ceramică-metal sunt utilizate pe scară largă, care asigură o etanșare mai fiabilă a circuitelor integrate.

Lipiturile care sunt utilizate pentru lipirea metal pe metal nu umezesc suprafața pieselor ceramice și, prin urmare, nu se lipează pe părțile ceramice ale pachetelor de circuite integrate.

Pentru a obține îmbinări lipite ale ceramicii cu metal, acesta este premetalizat. Metalizarea se realizează folosind paste care sunt aplicate pe partea ceramică. O bună aderență a stratului de metalizare la suprafața ceramică se realizează prin arderea la temperatură înaltă. Când pastele sunt arse, solventul se evaporă, iar particulele de metal sunt ferm conectate la suprafața piesei ceramice.Grosimea stratului de metal ars este de obicei de câțiva micrometri.Aplicarea și arderea pastei pot fi repetate de mai multe ori, în timp ce grosimea stratului crește și calitatea stratului de metalizare se îmbunătățește.în acest fel, ceramica metalizată poate fi lipită cu lipituri convenționale.

O metodă comună de aplicare a acoperirilor metalice pe părțile carcasei ceramice este sinterizarea unui strat de pastă de metalizare cu ceramică la temperatură ridicată. Ca materii prime sunt utilizate pulberi de molibden, wolfram, reniu, tantal, fier, nichel, mangan, cobalt, crom, argint și cupru cu granule de câțiva micrometri. Pentru prepararea pastelor, aceste pulberi se diluează în lianți: acetonă, acetat de amil, alcool metilic etc.

Lipirea pieselor ceramice metalizate cu piese metalice se realizează în mod obișnuit.

Sticla de lipit cu metal. Sticla nu este lipită cu niciunul dintre metalele pure, deoarece suprafața pură a metalelor nu este umezită sau slab umezită de sticlă lichidă.

Cu toate acestea, dacă suprafața metalului este acoperită cu un strat de oxid, atunci umezirea se îmbunătățește, oxidul se dizolvă parțial în sticlă și, după răcire, poate apărea o legătură ermetică. Principala dificultate în fabricarea joncțiunilor metal-sticlă este selecția de sticlă și componente metalice cu valori suficient de apropiate ale coeficienților de dilatare termică pe întregul interval de la temperatura de topire a sticlei până la temperatura minimă de funcționare a unui dispozitiv semiconductor. Chiar și o mică diferență a coeficienților de dilatare termică poate duce la formarea de microfisuri și la depresurizarea dispozitivului finit.

Pentru a lipi sticla cu metal pentru a obține joncțiuni ermetice, este necesar: ​​să selectați componente cu aceiași coeficienți de dilatare termică; aplicați lipitură de sticlă sub formă de suspensie cu pulbere metalică; trece treptat de la metal la sticla principală cu ajutorul paharelor intermediare; metalizeaza suprafata sticlei.

Pentru a obține joncțiuni ermetice ale sticlei cu metalul, se folosesc trei metode de încălzire a pieselor inițiale: în flacăra unui arzător cu gaz, folosind curenți de înaltă frecvență, în cuptoare cu mufă sau cu silicați. În toate cazurile, procesul se desfășoară în aer, deoarece prezența unui film de oxid contribuie la procesul de lipire.

Sudare cu electrocontact. Acest proces este utilizat pe scară largă pentru încapsularea pachetelor de semiconductori și circuite integrate. Se bazează pe topirea anumitor părți ale pieselor metalice conectate datorită trecerii unui curent electric prin acestea. Esența procesului de sudare prin contact electric este că la piesele care urmează să fie sudate sunt aduși doi electrozi, cărora li se aplică o anumită tensiune. Deoarece aria electrozilor este mult mai mică decât aria pieselor care trebuie sudate, atunci când un curent electric trece prin întregul sistem, o cantitate mare de căldură este eliberată în punctul de contact al pieselor care urmează să fie sudate. sudat, situat sub electrozi.Aceasta se datoreaza densitatii mari de curent intr-un volum mic de material a pieselor de sudat.Densitatile mari de curent incalzesc zonele de contact pana la descompunerea anumitor zone ale materiilor prime.

Când curentul se oprește, temperatura zonelor de contact scade, ceea ce presupune răcirea zonei topite și recristalizarea acesteia. Zona de recristalizare astfel obținută conectează ermetic piesele metalice omogene și diferite între ele.

Forma sudurii depinde de configurația geometrică a electrozilor de lucru. Dacă electrozii sunt realizați sub formă de tije ascuțite, atunci se obține sudarea în puncte. Dacă electrozii sunt sub formă de tub, atunci cusătura de sudură este sub formă de inel. Cu o formă lamelară de electrozi, cusătura de sudură are forma unei benzi.

De mare importanță pentru etanșarea de înaltă calitate a carcasei instrumentelor prin sudare electrică este materialul din care sunt fabricați electrozii de lucru. Materialul electrodului este supus unor cerințe crescute pentru conductivitate termică și electrică, precum și pentru rezistența mecanică. Pentru a îndeplini aceste cerințe, electrozii sunt realizați combinați, din două materiale, dintre care unul are o conductivitate termică ridicată, iar celălalt are rezistență mecanică. Electrozii sunt folosiți pe scară largă, a căror bază este din cupru, iar miezul (partea de lucru) este realizat dintr-un aliaj de wolfram cu cupru.

Alături de electrozii combinați, se folosesc electrozi din metal sau aliaj omogen. Deci, pentru sudarea pieselor din oțel se folosesc electrozi din cupru (M1 și MZ) și bronz (0,4-0,8% crom, 0,2-0,6% zinc, restul este cupru). Pentru sudarea materialelor cu conductivitate electrică ridicată (cupru, argint etc.), se folosesc electrozi de wolfram și molibden.

Electrozii trebuie să se potrivească bine unul cu altul de-a lungul suprafețelor de lucru care urmează să fie sudați. Prezența defectelor pe suprafețele de lucru ale pieselor (riscuri, lovituri, cochilii etc.) duce la încălzirea neuniformă a părților sudate ale pieselor și formarea unei suduri neetanșe în produsul finit. O atenție deosebită trebuie acordată fixării electrozilor în suporturile de electrozi, deoarece cu o fixare slabă între ei, apare așa-numita rezistență tranzitorie, care duce la încălzirea suporturilor de electrozi înșiși. Electrozii trebuie să fie strict aliniați unul cu celălalt. Lipsa coaxialității electrozilor duce la căsătorie în timpul sudării.

Calitatea sudurii depinde în mare măsură de modul electric și de timp selectat. La o valoare redusa a curentului de sudare caldura degajata este insuficienta pentru a incalzi piesele la temperatura de topire a metalelor sudate, in acest caz se obtine asa numita „lipsa de patrundere” a pieselor. La o valoare mare a curentului de sudare, se eliberează prea multă căldură, care poate topi nu numai locul de sudare, ci întreaga piesă, care este asociată cu „arderea” pieselor și stropirea metalului.

De mare importanță este timpul de trecere a curentului de sudare prin electrozi și piese. De îndată ce curentul de sudare este pornit, încălzirea pieselor sudate începe la punctul de contact și doar straturile de suprafață ale metalului ajung la punctele de topire. Dacă curentul este oprit în acest moment, atunci va rezulta o sudare fragilă. Pentru a obține o sudură puternică, este nevoie de timp pentru formarea unui miez topit în întreaga zonă locală a pieselor care urmează să fie sudate. Supraîncălzirea miezului metalului topit duce la creșterea acestuia și la stropirea metalului. Ca urmare, se pot forma cochilii, care reduc drastic rezistența mecanică și etanșeitatea sudurilor.

Înainte de efectuarea procesului de sudare cu rezistență electrică, toate piesele carcasei circuitelor integrate sunt supuse unei procesări minuțioase (spălare, degresare, gravare, curățare etc.).

Calitatea sudurii este controlată prin inspecție externă și cu ajutorul secțiunilor transversale ale produselor sudate. Atenția principală este acordată rezistenței mecanice și etanșeității sudurilor.

Sudarea la rece. Metoda de etanșare la rece este utilizată pe scară largă în industria electronică. În acele cazuri în care, la etanșarea părților originale ale carcasei, încălzirea acestora este inacceptabilă și este necesară o puritate ridicată a procesului, se utilizează sudarea la presiune la rece. În plus, sudarea la rece asigură o conexiune ermetică puternică a celor mai frecvent utilizate metale diferite (cupru, nichel, kovar și oțel).

Dezavantajele acestei metode includ prezența unei deformări semnificative a părților corpului la joncțiune, ceea ce duce la o schimbare semnificativă a formei și dimensiunilor totale ale produselor finite.

Modificarea diametrului exterior al corpului dispozitivului depinde de grosimea pieselor sudate originale. Modificarea diametrului exterior al dispozitivului finit după procesul de sudare la rece

unde este grosimea umărului părții superioare înainte de sudare; - grosimea umărului părții inferioare înainte de sudare.

De mare importanță pentru procesul de sudare la rece este prezența unei pelicule de oxid pe suprafața pieselor de îmbinat. Dacă acest film este ductil și mai moale decât metalul de bază, atunci sub presiune se răspândește în toate direcțiile și se subțiază, separând astfel suprafețele metalice curate, în urma cărora nu are loc sudarea. Dacă filmul de oxid este mai fragil și mai dur decât metalul pe care îl acoperă, atunci sub presiune se crapă, iar crăparea are loc în mod egal pe ambele părți care urmează să fie îmbinate. Contaminantii prezenti pe suprafata peliculei sunt ambalati pe ambele fete intr-un fel de pachete, bine prinse la margini. O creștere suplimentară a presiunii duce la răspândirea metalului pur în zonele periferice. Cea mai mare răspândire are loc în planul mijlociu al cusăturii formate, datorită căreia toate pachetele cu impurități sunt forțate să iasă, iar suprafețele metalice curate, care intră în interacțiuni interatomice, aderă ferm unele de altele.

Astfel, fragilitatea și duritatea sunt principalele calități ale peliculei de oxid, oferind o legătură strânsă. Deoarece pentru majoritatea metalelor grosimea acoperirii cu folii de oxid nu depășește 10 -7 cm, piesele din astfel de metale sunt placate cu nichel sau cromate înainte de sudare. Filmele de nichel și crom au duritate și fragilitate suficientă și, prin urmare, îmbunătățesc semnificativ îmbinările sudate.

Înainte de a efectua procesul de sudare la rece, toate piesele sunt degresate, spălate și uscate. Pentru a forma o conexiune de înaltă calitate a două piese metalice, este necesar să se asigure o deformare suficientă, plasticitate și curățenie a pieselor care urmează să fie sudate.

Gradul de deformare LAîn timpul sudării la rece ar trebui să fie în intervalul 75-85%:

,

Unde 2H-grosimea totala a pieselor sudate; t- grosimea sudurii.

Rezistența sudurii

Unde R- forta de rupere; D- diametrul amprentei proeminenței poansonului; H- grosimea uneia dintre piesele de sudat cu cea mai mică dimensiune; - rezistenta la tractiune cu cea mai mica valoare.

Pentru părțile corpului în timpul sudării la rece se recomandă următoarele combinații de materiale: cupru MB-cupru MB, cupru MB-cupru M1, cupru MB-oțel 10, aliaj N29K18 (kovar)-cupru MB, kovar-cupru M1.

Presiunile critice necesare pentru deformarea plastică și sudarea la rece, de exemplu, pentru o combinație de cupru-cupru, sunt 1,5 * 10 9 N / m 2, pentru o combinație de cupru - covar sunt 2 * 10 9 N / m 2.

Etanșare din plastic. Sigilarea costisitoare a carcaselor din sticlă, sticlă-metal, cermet și metal este acum înlocuită cu succes de etanșarea din plastic. ) În unele cazuri, acest lucru crește fiabilitatea dispozitivelor și a circuitelor integrate, deoarece contactul cristalului semiconductor cu mediul gazos din interiorul carcasei este eliminat.

Etanșarea din plastic vă permite să izolați în mod fiabil cristalul de influențele externe și oferă o rezistență mecanică și electrică ridicată a structurii. Pentru etanșarea circuitelor integrate, materialele plastice pe bază de rășini epoxidice, organosiliciu și poliester sunt utilizate pe scară largă.

Principalele metode de etanșare sunt turnarea, învelirea și presarea sub presiune. La etanșarea prin turnare se folosesc matrițe goale, în care sunt plasate cristale semiconductoare cu cabluri exterioare lipite. Formele sunt umplute cu plastic.

La etanșarea dispozitivelor prin învelire, se iau două (sau mai multe) cabluri din bandă sau material de sârmă, acestea sunt conectate între ele cu o perlă de sticlă sau plastic și un cristal semiconductor este lipit de unul dintre cabluri și conductori de contact electric. sunt conectate la celălalt (celălalt) cablu. Ansamblul astfel obtinut este sigilat prin ambalaj plastic.

Cea mai promițătoare modalitate de a rezolva problema asamblarii și etanșării dispozitivelor este sigilarea cristalelor cu elemente active pe o bandă metalică, urmată de sigilarea cu plastic. Avantajul acestei metode de etanșare este posibilitatea de mecanizare și automatizare a proceselor de asamblare a diferitelor tipuri de circuite integrate. Principalul element structural al carcasei din plastic este o bandă de metal. Pentru a selecta profilul unei benzi metalice, este necesar să se pornească de la dimensiunea cristalelor, caracteristicile termice ale dispozitivelor, posibilitatea de a monta dispozitivele finite pe placa de circuit imprimat a circuitului electronic, rezistența maximă la rupere de la carcasa și simplitatea designului.

Schema tehnologică de etanșare din plastic a dispozitivului include etapele principale ale tehnologiei plane. Cristalele semiconductoare cu elemente active sunt atașate de o bandă metalică acoperită cu aur, prin aliarea eutectică a aurului cu siliciu sau prin lipire convențională. Banda metalică este fabricată din kovar, cupru, molibden, oțel, nichel.

Pentru a evita deteriorarea dispozitivelor semiconductoare în timpul instalării, este necesar să se asigure imobilitatea cablurilor acestora lângă carcasă. Pentru a face acest lucru, este necesar să îndoiți cablurile la o distanță de cel puțin 3 ... 5 mm de corp și să lipiți cu lipire la temperatură joasă POS-61 la o distanță de cel puțin 5 mm de corpul dispozitivului, asigurând îndepărtarea căldurii dintre corp și punctul de lipit. Cu o distanță de la locul de lipire la corp de 8 ... 10 mm sau mai mult, poate fi realizat fără radiator suplimentar (în termen de 2 ... 3 s).

Lipirea la instalarea și înlocuirea pieselor individuale în circuite cu dispozitive semiconductoare trebuie efectuată cu alimentarea oprită cu un fier de lipit cu un vârf împământat. Când porniți un tranzistor într-un circuit care este alimentat, trebuie mai întâi să conectați baza, apoi emițătorul și apoi colectorul. Deconectarea tranzistorului de la circuit fără îndepărtarea tensiunii se efectuează în ordine inversă.

Pentru a asigura funcționarea normală a dispozitivelor semiconductoare la putere maximă, este necesar să folosiți radiatoare suplimentare. Ca radiatoare se folosesc calorifere cu nervuri din cupru roșu sau aluminiu, care sunt puse pe dispozitive. Atunci când se proiectează circuite cu o gamă largă de temperatură de funcționare, ar trebui să se țină cont de faptul că, pe măsură ce temperatura crește, nu numai disiparea de putere admisibilă a multor tipuri de dispozitive semiconductoare scade, ci și tensiunile și curenții admisibili ai tranzițiilor.

Funcționarea dispozitivelor semiconductoare trebuie efectuată numai în intervalul de temperaturi de funcționare necesare, în timp ce umiditatea relativă ar trebui să fie de până la 98% la o temperatură de 40 ° C; presiunea atmosferică - de la 6,7 ​​10 2 la 3 10 5 Pa; vibratie cu acceleratie de pana la 7,5g in domeniul de frecventa 10...600 Hz; impacturi multiple cu accelerație de până la 75g; accelerații liniare până la 25 g.

O creștere sau o scădere a parametrilor de mai sus afectează negativ funcționarea dispozitivelor semiconductoare. Astfel, o modificare a intervalului de temperatură de funcționare provoacă crăparea cristalelor semiconductoare și o modificare a caracteristicilor electrice ale dispozitivelor. În plus, sub acțiunea temperaturii înalte, uscarea și deformarea straturilor de protecție, au loc eliberarea de gaze și topirea lipitului. Umiditatea ridicată favorizează coroziunea carcaselor și bornelor datorită electrolizei. Presiunea scăzută determină o scădere a tensiunii de avarie și o deteriorare a transferului de căldură. O modificare a accelerației șocurilor și vibrațiilor duce la apariția solicitărilor mecanice și a oboselii în elementele structurale, precum și la deteriorarea mecanică (până la separarea conductorilor), etc.

Pentru a proteja împotriva vibrațiilor și accelerației, structura cu dispozitive semiconductoare trebuie amortizată, iar pentru a îmbunătăți rezistența la umiditate, trebuie acoperită cu un lac de protecție.

Instalația electrică a componentelor radio trebuie să asigure funcționarea fiabilă a echipamentelor, dispozitivelor și sistemelor în condițiile influențelor mecanice și climatice specificate în specificațiile pentru acest tip de echipamente electronice. Prin urmare, atunci când se montează dispozitive semiconductoare (SS), circuite integrate (CI) ale componentelor radio pe plăci de circuite imprimate sau pe șasiu echipament, trebuie îndeplinite următoarele condiții:

• contact fiabil între corpul unui PP puternic și un radiator (radiator) sau șasiu;
• convecția aerului necesară la radiatoare și elemente care degajă o cantitate mare de căldură;
• îndepărtarea elementelor semiconductoare din elementele de circuit care emit o cantitate semnificativă de căldură în timpul funcționării;
• protecția instalației, situată în apropierea elementelor detașabile, de deteriorarea mecanică în timpul funcționării;
• în procesul de pregătire și conducere a instalației electrice a PCB și IC, efectele mecanice și climatice asupra acestora nu trebuie să depășească valorile specificate în specificații;
• la îndreptarea, formarea și tăierea cablurilor PCB și IC, secțiunea de plumb din apropierea carcasei trebuie fixată astfel încât să nu apară forțe de îndoire sau de tracțiune în conductor. Echipamentele și dispozitivele de fixare pentru formarea cablurilor trebuie să fie împământate;
• distanța de la corpul PCB sau IC până la începutul curbei de plumb trebuie să fie de cel puțin 2 mm, iar raza de îndoire cu un diametru de plumb de până la 0,5 mm - cel puțin 0,5 mm, cu un diametru de 0,6-1 mm - cel puțin 1 mm, cu un diametru mai mare de 1 mm - nu mai puțin de 1,5 mm.

În timpul instalării, transportului și depozitării PCB-urilor și circuitelor integrate (în special dispozitivele semiconductoare cu microunde), este necesar să le protejați de efectele electricității statice. Pentru a face acest lucru, toate echipamentele de montare, uneltele, echipamentele de control și măsurare sunt împământate în mod fiabil. Pentru a elimina electricitatea statică din corpul unui electrician, utilizați brățări de împământare și îmbrăcăminte specială.

Pentru a elimina căldura, secțiunea de ieșire dintre carcasa PCB (sau IC) și punctul de lipit este prinsă cu pensete speciale (radiator de căldură). Dacă temperatura de lipire nu depășește 533 K ± 5 K (270 °C), iar timpul de lipire nu este mai mare de 3 s, cablurile PCB (sau IC) sunt lipite fără radiator sau se utilizează lipirea în grup (undă de lipire) , imersie în lipitură topită etc.) .

Curățarea plăcilor de circuite imprimate (sau a panourilor) de reziduurile de flux după lipire se efectuează cu solvenți care nu afectează marcarea și materialul carcasei PCB (sau IC).

Când instalați un circuit integrat cu cabluri radiale rigide în găurile metalizate ale plăcii de circuit imprimat, partea proeminentă a cablurilor deasupra suprafeței plăcii la punctele de lipit ar trebui să fie de 0,5-1,5 mm. Circuitul integrat este montat în acest fel după tăierea cablurilor (Fig. 55). Pentru a facilita demontarea, se recomandă instalarea IC-ului pe plăci de circuite imprimate cu spații între carcasele lor.

Orez. 55. Formarea cablurilor IC radiale rigide:
1 - cabluri turnate, 2 - cabluri înainte de turnare

Circuitele integrate în pachete cu cabluri plane moi sunt instalate pe plăcuțele de contact ale plăcii fără găuri de montare. În acest caz, locația lor pe placă este determinată de forma plăcuțelor (Fig. 56).

Orez. 56. Montarea circuitelor integrate cu cabluri plate (plane) pe o placă de circuit imprimat:
1 - pad de contact cu o cheie, 2 - carcasă, 3 - placă, 4 - ieșire

Exemple de circuite integrate de turnare cu cabluri plane sunt prezentate în fig. 57.

Orez. 57. Formarea de cabluri IC plate (plane) atunci când sunt instalate pe o placă fără un spațiu (i), cu un spațiu (b)

Instalarea și fixarea PCB-urilor și IC-urilor, precum și a componentelor radio montate pe plăci de circuite imprimate, ar trebui să ofere acces la acestea și posibilitatea de a le înlocui. Pentru a răci circuitele integrate, acestea ar trebui plasate pe plăci de circuite imprimate, ținând cont de mișcarea fluxului de aer de-a lungul carcasei lor.

Pentru instalarea electrică a PCB-urilor și a componentelor radio de dimensiuni mici, acestea sunt mai întâi instalate pe fitinguri de montare (petale, știfturi etc.) iar cablurile sunt fixate mecanic pe acesta. Pentru lipirea îmbinării de câmp se folosește un flux fără acid, ale cărui resturi sunt îndepărtate după lipire.

Componentele radio sunt atașate de fitingurile de montaj fie mecanic pe bornele proprii, fie suplimentar cu o clemă, suport, suport, umplutură cu compus, mastic, lipici etc. În același timp, componentele radio sunt fixate astfel încât să facă nu se mișcă în timpul vibrațiilor și șocurilor (tremurării). Tipurile recomandate de fixare a componentelor radio (rezistențe, condensatoare, diode, tranzistoare) sunt prezentate în fig. 58.

Orez. 58. Instalarea componentelor radio pe fitinguri de montare:
a, b - rezistențe (condensatori) cu fire plate și rotunde; 1 - carcasă, 2 - petale, 3 - ieșire, 4 - radiator, 5 - fire, 6 - tub izolator

Fixarea mecanică a cablurilor componentelor radio pe fitingurile de montare se realizează prin îndoirea sau răsucirea acestora în jurul fitingurilor, urmată de compresie. În acest caz, nu este permisă o întrerupere a ieșirii în timpul compresiei. Dacă există o gaură în stâlpul de contact sau petală, ieșirea componentei radio este fixată mecanic înainte de lipire, trecându-l prin orificiu și îndoindu-l pentru jumătate sau o rotire completă în jurul petalei sau stâlpului, urmată de sertizare. În același timp, excesul de ieșire este îndepărtat cu freze laterale, iar punctul de atașare este sertizat cu un clește.

De regulă, metodele de instalare a componentelor radio și de fixare a cablurilor acestora sunt specificate în desenul de asamblare pentru produs.

Pentru a reduce distanța dintre componenta radio și șasiu, pe carcasele sau bornele lor se pun tuburi izolante, al căror diametru este egal sau oarecum mai mic decât diametrul componentei radio. În acest caz, componentele radio sunt situate aproape una de alta sau de șasiu. Tuburile izolatoare puse pe cablurile componentelor radio exclud posibilitatea unui scurtcircuit cu elementele conductoare învecinate.

Lungimea cablurilor de montare de la punctul de lipit până la corpul componentei radio este dată în specificațiile tehnice și, de regulă, este specificată în desen: pentru componente radio discrete, trebuie să fie de cel puțin 8 mm, iar pentru PP - cel puțin 15 mm. Lungimea cablului de la carcasă până la cotul componentei radio este de asemenea specificată în desen: trebuie să fie de cel puțin 3 mm. Concluziile componentelor radio sunt îndoite cu un șablon, un dispozitiv de fixare sau un instrument special. Mai mult, raza interioară a cotului trebuie să fie de cel puțin două ori diametrul sau grosimea plumbului. Terminalele rigide ale componentelor radio (rezistențe PEV etc.) nu pot fi îndoite în timpul instalării.

Componentele radio selectate la configurarea sau reglarea dispozitivului trebuie lipite fără fixare mecanică pe toată lungimea cablurilor lor. După selectarea valorii lor și reglarea dispozitivului, componentele radio trebuie lipite la punctele de referință cu fixarea mecanică a cablurilor.

Asamblarea și etanșarea microcircuitelor și dispozitivelor semiconductoare includ 3 operațiuni principale: atașarea unui cristal la baza pachetului, atașarea cablurilor și protejarea cristalului de influențele mediului. Stabilitatea parametrilor electrici și fiabilitatea produsului final depind de calitatea operațiunilor de asamblare. în plus, alegerea metodei de asamblare afectează costul total al produsului.

Atașarea cristalului la baza carcasei

Principalele cerințe pentru conectarea unui cristal semiconductor la baza pachetului sunt fiabilitatea ridicată a conexiunii, rezistența mecanică și, în unele cazuri, un nivel ridicat de transfer de căldură de la cristal la substrat. Operația de conectare se realizează prin lipire sau lipire.

Adezivii pentru montarea matrițelor pot fi împărțiți aproximativ în 2 categorii: conductivi electric și dielectrici. Adezivii constau din liant adeziv și material de umplutură. Pentru a asigura conductivitatea electrică și termică, argintul este adăugat de obicei la adeziv sub formă de pulbere sau fulgi. Pentru a crea adezivi dielectrici conductori de căldură, pulberile de sticlă sau ceramică sunt folosite ca umpluturi.

Lipirea se realizează folosind lipituri din sticlă conductivă sau metal.

Lipiturile de sticlă sunt materiale compuse din oxizi metalici. Au o aderență bună la o gamă largă de ceramică, oxizi, materiale semiconductoare, metale și se caracterizează prin rezistență ridicată la coroziune.

Lipirea cu lipituri metalice se realizează cu ajutorul plăcuțelor de lipit sau plăcuțelor de o formă și dimensiune dată (preforme) plasate între cristal și substrat. În producția de masă, pasta de lipit specializată este utilizată pentru montarea așchiilor.

Pini de conectare

Procesul de atașare a cablurilor de cristal la baza pachetului se realizează folosind sârmă, bandă sau cabluri rigide sub formă de bile sau grinzi.

Montarea firului se realizează prin termocompresie, electrocontact sau sudare cu ultrasunete folosind sârmă/benzi de aur, aluminiu sau cupru.

Instalarea fără fir se realizează în tehnologia „cristalului inversat” (Flip-Chip). Contactele rigide sub formă de grinzi sau bile de lipit sunt formate pe un cip în timpul procesului de creare a placajului.

Înainte de aplicarea lipirii, suprafața cristalului este pasivată. După litografie și gravare, plăcuțele de contact ale cristalului sunt în plus metalizate. Această operațiune este efectuată pentru a crea un strat de barieră, pentru a preveni oxidarea și pentru a îmbunătăți umecbilitatea și aderența. După aceea se formează concluziile.

Grinzile sau bile de lipit se formează prin metode de depunere electrolitică sau în vid, umplere cu microsfere gata făcute sau prin serigrafie. Cristalul cu plumburile formate este răsturnat și montat pe substrat.

Protejarea cristalului de influențele mediului

Caracteristicile unui dispozitiv semiconductor sunt în mare măsură determinate de starea suprafeței sale. Mediul extern are un efect semnificativ asupra calității suprafeței și, în consecință, asupra stabilității parametrilor dispozitivului. acest efect se modifică în timpul funcționării, de aceea este foarte important să protejați suprafața dispozitivului pentru a crește fiabilitatea și durata de viață a acestuia.

Protecția unui cristal semiconductor de influența mediului extern se realizează în etapa finală a asamblarii microcircuitelor și dispozitivelor semiconductoare.

Sigilarea poate fi realizată cu ajutorul unei carcase sau într-un design neambalat.

Sigilarea carcasei se realizează prin atașarea capacului carcasei la baza sa prin lipire sau sudură. Carcasele din metal, metal-sticlă și ceramică asigură o etanșare etanșă la vid.

Capacul, in functie de tipul carcasei, poate fi lipit folosind lipituri de sticla, lipituri metalice sau lipite cu lipici. Fiecare dintre aceste materiale are propriile sale avantaje și este selectat în funcție de sarcinile de rezolvat.

Pentru protecția fără pachete a cristalelor semiconductoare împotriva influențelor externe, se folosesc materiale plastice și compuși speciali pentru ghiveci, care pot fi moi sau duri după polimerizare, în funcție de sarcinile și materialele utilizate.

Industria modernă oferă două opțiuni pentru turnarea cristalelor cu compuși lichizi:

1. Turnare cu compus cu vâscozitate medie (glob-top, Blob-top)
2. Crearea unui cadru dintr-un compus cu vâscozitate ridicată și turnarea unui cristal cu un compus cu vâscozitate scăzută (Dam-and-Fill).

Principalul avantaj al compușilor lichizi față de alte metode de etanșare cu cristale este flexibilitatea sistemului de dozare, care permite utilizarea acelorași materiale și echipamente pentru diferite tipuri și dimensiuni de cristale.

Adezivii polimerici se disting prin tipul de liant și tipul de material de umplutură.

material de lipire

Polimerii organici utilizați ca adezivi pot fi împărțiți în două categorii principale: termoplastice și termoplastice. Toate sunt materiale organice, dar

diferă semnificativ în proprietățile chimice și fizice.

În termorigide, atunci când sunt încălzite, lanțurile polimerice sunt reticulate ireversibil într-o structură de rețea tridimensională rigidă. Legăturile care apar în acest caz fac posibilă obținerea unei capacități adezive ridicate a materialului, dar întreținerea este limitată.

Polimerii termoplastici nu se întăresc. Ele își păstrează capacitatea de a se înmuia și de a se topi atunci când sunt încălzite, creând legături elastice puternice. Această proprietate permite utilizarea materialelor termoplastice în aplicații în care este necesară întreținerea. Capacitatea de aderență a termoplasticelor este mai mică decât cea a termoplasticelor, dar în majoritatea cazurilor este destul de suficientă.

Al treilea tip de liant este un amestec de termoplastice și termoplastice, care se combină

avantajele a două tipuri de materiale. Compoziția lor polimerică este o rețea interpenetrantă de structuri termoplastice și termoplastice, ceea ce le permite să fie utilizate pentru a crea îmbinări reparabile de înaltă rezistență la temperaturi relativ scăzute (150 o C - 200 o C).

Fiecare sistem are propriile sale avantaje și dezavantaje. O limitare în utilizarea pastelor termoplastice este îndepărtarea lentă a solventului în timpul procesului de refluxare. În trecut, îmbinarea componentelor folosind materiale termoplastice necesita un proces de aplicare a unei paste (observând planeitatea), uscare pentru a îndepărta solventul și abia apoi așezarea cristalului pe un substrat. Un astfel de proces a eliminat formarea de goluri în materialul adeziv, dar a crescut costul și a îngreunat utilizarea acestei tehnologii în producția de masă.

Pastele termoplastice moderne au capacitatea de a evapora foarte rapid solventul. Această proprietate le permite să fie aplicate prin dozare, folosind echipament standard, și să plaseze cristalul pe o pastă care nu s-a uscat încă. Aceasta este urmată de o etapă rapidă de încălzire la temperatură joasă în timpul căreia solventul este îndepărtat și se creează legături adezive după refluxare.

Multă vreme au existat dificultăți cu crearea de adezivi foarte conductivi termic pe bază de termoplastice și termoplastice. Acești polimeri nu au permis creșterea conținutului de umplutură termoconductoare în pastă, deoarece a fost necesar un nivel ridicat de liant (60-75%) pentru o bună aderență. Pentru comparație: în materialele anorganice, proporția de liant ar putea fi redusă la 15-20%. Adezivii polimerici moderni (Diemat DM4130, DM4030, DM6030) nu au acest dezavantaj, iar conținutul de umplutură termoconductoare ajunge la 80-90%.

Material de umplutură

Tipul, forma, dimensiunea și cantitatea de umplutură joacă un rol major în crearea unui adeziv conductiv termic electric. Argintul (Ag) este folosit ca umplutură ca material rezistent chimic cu cea mai mare conductivitate termică. Pastele moderne conțin

argint sub formă de pulbere (microsfere) și fulgi (fulgi). Compoziția exactă, numărul și dimensiunea particulelor sunt selectate experimental de fiecare producător și, în mare măsură, determină proprietățile conductoare de căldură, conductoare electric și adezive ale materialelor. În sarcinile în care este necesar un dielectric cu proprietăți conductoare de căldură, pulberea ceramică este utilizată ca umplutură.

Atunci când alegeți un adeziv conductiv electric, trebuie luați în considerare următorii factori:

• Conductivitatea termică, electrică a adezivului sau lipiturii utilizate
• Temperaturi admise pentru procesul de montare
• Temperaturile operațiunilor tehnologice ulterioare
• Rezistența mecanică a conexiunii
• Automatizarea procesului de instalare
• mentenabilitatea
• Costul operațiunii de instalare

În plus, atunci când alegeți un adeziv pentru montare, trebuie să acordați atenție modulului elastic al polimerului, aria și diferența de CTE a componentelor conectate, precum și grosimea liniei de adeziv. Cu cât modulul de elasticitate este mai mic (cu atât materialul este mai moale), cu atât suprafețele componentelor sunt mai mari și diferența de CTE a componentelor conectate este mai mare și cu atât linia adezivă este mai subțire. Valoarea mare a modulului de elasticitate limiteaza grosimea minima a liniei de adeziv si dimensiunile componentelor ce trebuie imbinate datorita posibilitatii unor solicitari termomecanice mari.

Atunci când decideți cu privire la utilizarea adezivilor polimerici, este necesar să se țină cont de unele caracteristici tehnologice ale acestor materiale și ale componentelor care trebuie îmbinate, și anume:

• lungimea cristalului (sau a componentei). determină cantitatea de sarcină pe linia de adeziv după ce sistemul s-a răcit. În timpul lipirii, matrița și substratul se extind în funcție de CTE-urile lor. Pentru cristale de dimensiuni mari, trebuie utilizați adezivi moi (modul scăzut) sau materiale cristale/substrat potrivite CTE. Dacă diferența CTE este prea mare pentru o anumită dimensiune a cristalului, legătura poate fi ruptă, ceea ce face ca cristalul să se dezlipească de pe substrat. Pentru fiecare tip de pastă, producătorul oferă de obicei recomandări cu privire la dimensiunile maxime ale cristalului pentru anumite valori ale diferenței CTE cristal/substrat;

• lățimea matriței (sau componentele conectate) determină distanța pe care o parcurge solventul conținut în adeziv înainte de a părăsi linia de adeziv. Prin urmare, trebuie luată în considerare și dimensiunea cristalului pentru îndepărtarea corectă a solventului;

• metalizarea cristalului și a substratului (sau a componentelor conectate) nu este necesar. În general, adezivii polimerici au o bună aderență la multe suprafețe nemetalizate. Suprafețele trebuie să fie lipsite de contaminanți organici;

• grosimea liniei adezive. Pentru toți adezivii care conțin un material de umplutură conductiv termic, există o limitare a grosimii minime a liniei de adeziv dx (vezi figura). O îmbinare prea subțire nu va avea suficient adeziv pentru a acoperi tot materialul de umplutură și pentru a forma legături pe suprafețele de îmbinat. În plus, pentru materialele cu un modul mare de elasticitate, grosimea cusăturii poate fi limitată de diferite CTE pentru materialele de îmbinat. De obicei, pentru adezivii cu modul mic, grosimea minimă recomandată a îmbinării este de 20-50 µm, pentru adezivii cu modul înalt 50-100 µm;

• durata de viață a adezivului înainte de instalarea componentei. După aplicarea adezivului, solventul din pastă începe să se evapore treptat. Dacă adezivul se usucă, atunci nu există umezire și lipire a materialelor care trebuie îmbinate. Pentru componentele mici, unde raportul dintre suprafața și volumul adezivului aplicat este mare, solventul se evaporă rapid și timpul de la aplicarea până la instalarea componentei trebuie redus la minimum. De regulă, durata de viață înainte de instalarea unei componente pentru diferiți adezivi variază de la zeci de minute la câteva ore;

• durata de viață înainte de întărirea termică a adezivului se măsoară din momentul instalării componentei până la introducerea întregului sistem în cuptor. Cu o întârziere lungă, poate apărea delaminarea și răspândirea adezivului, ceea ce afectează negativ aderența și conductibilitatea termică a materialului. Cu cât dimensiunea componentei și cantitatea de adeziv aplicată sunt mai mici, cu atât se poate usca mai repede. Durata de viață înainte de întărirea termică a adezivului poate varia de la zeci de minute la câteva ore.

Alegere de sârmă, benzi

Fiabilitatea unei conexiuni fir/bandă depinde în mare măsură de alegerea corectă a firului/bandă. Principalii factori care determină condițiile de utilizare a unui anumit tip de sârmă sunt:

Tip de coajă. Carcasele etanșate folosesc numai sârmă de aluminiu sau cupru, deoarece aurul și aluminiul formează compuși intermetalici fragili la temperaturi de etanșare ridicate. Cu toate acestea, doar sârmă/bandă de aur este folosită pentru incinte neermetice, deoarece acest tip de incintă nu asigură izolarea completă a umidității, ceea ce va coroda firele de aluminiu și cupru.

Dimensiuni fir/bandă(diametru, lățime, grosime) conductoare mai subțiri sunt necesare pentru circuitele cu plăcuțe mici. Pe de altă parte, cu cât curentul care trece prin conexiune este mai mare, cu atât secțiunea transversală a conductorilor trebuie asigurată mai mare.

Rezistență la tracțiune. Sârma/panglicile sunt supuse unor solicitări mecanice externe în etapele ulterioare și în timpul funcționării, prin urmare, cu cât rezistența la tracțiune este mai mare, cu atât mai bine.

Extensie relativă. O caracteristică importantă atunci când alegeți un fir. Valorile prea mari de alungire fac dificilă controlul formării unei bucle atunci când se creează o conexiune prin cablu.

Alegerea metodei de protecție a cristalelor

Sigilarea cu așchii poate fi realizată folosind o carcasă sau într-un design fără pachet.

Atunci când alegeți tehnologia și materialele care vor fi utilizate în etapa de etanșare, trebuie luați în considerare următorii factori:

• Nivelul necesar de etanșeitate al carcasei
• Temperaturi admise pentru procesul de etanșare
• Temperaturi de funcționare a cipului
• Prezența metalizării suprafețelor de îmbinat
• Posibilitatea de a utiliza flux și atmosferă specială de montaj
• Automatizarea procesului de etanșare
• Costul operațiunii de etanșare

Articolul oferă o privire de ansamblu asupra tehnologiilor și materialelor utilizate pentru formarea denivelărilor pe plăcile semiconductoare în producția de microcircuite.