РОЗДІЛ4

СКЛАДАННЯ МІКРОСХЕМ

4.1. Методи та етапи складання

Складання та захист інтегральних мікросхем – це частина загального технологічного процесу виготовлення ІМС, в результаті здійснення якого отримують готову конструкцію ІМС.

Процес складання ІМС умовно можна поділити на наступні етапи:

-розділення пластин та підкладок зі сформованими активними та пасивними елементами на кристали (НІМС) та плати (ГІМС);

-монтаж на плату кристалів ІМС та навісних елементів (при складанні ГІМС);

-монтаж кристалів або плат на основу корпусу, приєднання виводів;

-герметизація ІМС

Для монтажу кристалів використовують два основних методи:

-прямого монтаж;

-перевернутого кристалу.

Приєднання виводів здійснюється різними способами, які можна також об’єднати в 2 методи:

-гнучкий (дротяний) монтаж;

-жорсткий (бездротяний) монтаж.

1

4.2. Розділення пластин та підкладок

Основними методами розділення пластин та підкладок є наступні:

-скрайбування алмазним різцем з послідуючим розламуванням;

-розділення за допомогою алмазного диску;

-розділення за допомогою лазерного променя (лазерне скрайбування).

Для вказаних методів загальною особливістю цих методів є наступне:

-необхідність точно орієнтувати лінію розрізування між площинками, які займають окремі структури;

-забезпечення цілісності сформованих елементів після розрізання за рахунок зведення до мінімуму механічних напружень за лінією розрізання;

-збереження орієнтації розділених кристалів та забезпечення відтворюємості розмірів та форми;

-одержання мінімальної ширини лінії розділення.

2

4.2.1. Скрайбування алмазним різцем

Цей процес розділення виконують у дві стадії.

На першій стадії спочатку за допомогою алмазного різця наносяться подряпини. Для цього пластину розміщують на вакуумний притиск, орієнтують її в горизонтальній площині. Далі переміщенням алмазного різця під відповідним тиском наносять риски на поверхню пластини у двох взаємно-перпендикулярних напрямках. Вздовж риски у деякій товщині матеріалу з’являються механічні напруження та виникають деформації та мікротріщини. Вони і послаблюють міцність пластини. Риски мають ширину 20-40 мкм та глибину 10-15 мкм. Так, наприклад, при скрайбуванні кремнієвих пластин товщиною 200 мкм різець треба притискати з силою 0,4-0,6 Н, а при товщині 300-400 мкм – 0,8-1,2 Н, для сіталових підкладок F =1,5-2,5 Н.

Слід відмітити, що в установках для скрайбування, як правило, переміщують не різець, а столик з пластиною або підкладкою. Швидкість скрайбування складає – 20÷75 мм/с.

В якості ріжучого інструменту використовують різці у вигляді тригранної або чотиригранної піраміди із натурального або синтетичного алмазу. Ріжучим елементом таких різців є ребра піраміди, які використовують послідовно.

3

•Друга стадія розділення скрайбованих пластин та підкладок проводиться шляхом розламування по послаблених рисками місцях вручну, за допомогою

резинових валиків або машинним способом за допомогою напівсфери.

•Розламування валиком здійснюється шляхом переміщення валика по пластині, яка знаходиться на опорі. Для збереження взаємного розміщення кристалів (плат) під та над пластиною та валиком наносять еластичну прозору тонку плівку (з поліетилену або фторопласту). Пластини та підкладки спочатку розділяють на полоси, потім при розвороті їх на 90° - на окремі кристали.

•При другому способі пластина розміщується на напівсфері. Потім вона обтискається по сферичній поверхні за допомогою еластичної мембрани, яка має властивість добре розтягуватись. Тиск на мембрану здійснюється гідравлічним методом або стисненим повітрям. При цьому методі кристали або пластини розділяються зразу за двома напрямками. Зменшується кількість зломів, подряпин, зламаних кристалів, брак складає 2%.

•Обидва наведені вище методи мають такі недоліки:

•- великий розклад геометричних розмірів кристалів;

•- залежність якості розділення від співвідношення розмірів кристалів та товщини пластини;

•- поява браку за рахунок непередбачених тріщин, відколів.

4

Таблиця 4.1. Порівняльна характеристика методів

скрайбування та розділення пластин та підкладок

6

4.3. Монтаж кристалів та плат.

•Після розділення пластини на кристали проводять їх монтаж

та закріплення всередині корпусу шляхом паяння чи приклеювання.

Метод закріплення залежить від вибору матеріалу яким це здійснюється – клей, скло, компаунд, припой та ін.

Матеріал приєднання повинен забезпечувати ефективний відвод тепла, мати приблизно однаковий температурний коефіцієнт розширення (ТКР) кристала та корпуса в робочому діапазоні температур, стійкість до динамічних дій в умовах вібрацій та ударів. У випадку напівпровідникових ІМС, як правило, матеріал повинен проводити електричний струм.

Процес приєднання можна умовно розділити на три стадії:

-підготовка місця з’єднання та нанесення з’єднуючого матеріалу;

-орієнтовна установка кристалу або плати;

-власне саме приєднання, яке в загальному випадку виконується під тиском та з нагрівом.

•Як матеріали використовується клей, скло і металевий припій.

Розглянемо основні типи з’єднань.

7

4.3.2. Паяння склом.

Пайку склом в основному використовують для закріплення керамічних, полікорових, сіталових підкладок. Це пов’язано з тим, що найкраща адгезія скла та міцність представляють собою суміш оксидів (сітал, полікор, кераміка 22ХС) або металами, які мають на поверхні «прочный» шар окису.

•Технологія пайки склом зводиться до нанесення суспензії (пасти) скляного порошку в деіонізованій воді на очищену поверхню, подальшим стисненням деталей, які з’єднуються, послідуючим просушуванням та оплавленням в печі.

•Пайка склом дозволяє досягти доброго узгодження з’єднаних матеріалів по ТКР, так як змінюючи добавки, можна змінити склад скла.

9