6.10. Сборочные операции
После того как: все основные технологические этапы (включая металлизацию) за кончены, пластина, содержащая сотни ИС, разделяется на отдельные кристаллы.
Разделение осуществляется методом скрайбирования, т.е. процарапыванием вертикальных и горизонтальных рисок в промежутках между транзисторами (см. рис. 1.1 и 1.2). После скрайбирования пластину помещают на мягкую резиновую подушку и путем нажатия разламывают по рискам подобно тому, как стекольщик разламывает стекло по риске, нанесенной алмазным резцом. Годные кристаллы далее монтируются в корпусах.
Сборка кристалла в корпусе начинается с операции, которую называют посадкой на ножку (под ножкой имеют в виду дно корпуса).
При этом кристалл приклеивается или припаивается (легкоплавким припоем) в средней части ножки (на рис. 6.20 показан простой транзистор). Затем контактные площадки на кристалле соединяются со штырьками – выводами корпуса. Соединения осуществляются с помощью тонких (20–30 мкм) алюминиевых или золотых проволочек, которые одним концом закрепляются на контактных площадках, а другим на торцах штырьков.
Надежный электрический контакт между металлическими деталями (в данном случае контакт проволочек со штырьками и контактными площадками) может быть обеспечен разными методами.
Рис. 6.20. Монтаж кристалла на ножке корпуса
Наибольшее распространение в настоящее время имеет метод термокомпрессии, т. е. сочетание достаточного давления (прижатия деталей друг к другу) с повышенной температурой (200–300°C), способствующей, взаимной диффузии атомов из одной детали в другую.
Термокомпрессия, в свою очередь, реализуется в виде разных конструктивных вариантов. Два типичных примера показаны на рис. 6.21. На рис. 6.21, а используется клинообразный пуансон, который прижимает
проволочку к металлической поверхности в поперечном направлении; на проволочке образуется поперечный шов. На рис. 6.21, б используется пуансон, в котором проволочка проходит по его внутреннему каналу. У выхода из пуансона при отрезании проволочки пламенем газовой горелки образуется шарообразная капля (образование капли свойственно золотым проволочкам). Когда пуансон снова прижимается к металлической поверхности, капля расплющивается, и площадь контакта оказывается больше, чем поперечное сечение проволочки (термокомпрессия типа «шляпки гвоздя»). Затем пуансон поднимается и пропускает через себя отрезок проволочки, достаточный для присоединения к другой детали. После этого проволочка снова перерезается газовым пламенем. Операция термокомпрессии, если она осуществляется оператором, производится под микроскопом. Однако возможен и автоматический процесс.
По окончании монтажа кристалла на ножке следует корпусирование, т.е. окончательное внешнее оформление транзистора. Ножка корпуса соединяется с крышкой (рис. 6.20) путем горячей или холодной сварки (последняя по существу близка к термокомпрессии.
Рис. 6.21. Термокомпрессия:
а — клинообразный пуансон; б — капиллярный пуансон
Корпусирование предполагает также защиту кристалла от влияния внешней среды, поэтому его проводят либо в вакууме, либо в среде инертного газа (азот, аргон). Бескорпусные варианты транзисторов описаны в разд. 6.11.2.
Рис. 6.22. Типичные корпуса интегральных схем
Главная специфика сборочных операций применительно к интегральным схемам состоит в том, что корпуса ИС многовыводные: у простых ИС количество выводов составляет 8–14, а у больших ИС доходит до 64 и более. Номенклатура корпусов для ИС довольно разнообразна: наряду с круглым корпусом, похожим на транзисторный (см. рис. 6.20), используются прямоугольные корпуса: металлические или пластмассовые, с выводами, лежащими в плоскости корпуса или перпендикулярными ей (рис. 6.22). Выбор корпуса в значительной степени зависит от назначения аппаратуры и способов ее конструирования.