- •Конструктивно-технологические аспекты сборки полупроводниковых изделий
- •Глава 5. Бессвинцовая пайка в технологии производства ппи 137
- •Глава 6. Проволочный монтаж в производстве ппи 207
- •Глава 7. Групповой монтаж в технологии производства ппи 311
- •Глава 8. Контроль качества внутренних соединений ппи 348
- •Введение
- •Глава 1. Металлические материалы для формирования внутренних соединений
- •1.1. Микронная алюминиевая проволока
- •1.2. Влияние свойств проволоки и ее подготовки к сварке на качество соединений спп
- •Глава 2. Инструмент для сборочных операций ппи
- •2.1. Технологические особенности изготовления инструмента
- •2.2. Влияние конструкции инструмента на качество микросоединений
- •2.3. Схватывание инструмента с выводами при монтаже
- •2.4. Инструмент для сварки внутренних выводов спп
- •2.5. Инструмент для монтажа выводов и кристаллов
- •Глава 3. Методы и устройства для оценки адгезии пленок к подложкам
- •3.1. Неразрушающие методы
- •3.2. Разрушающие методы
- •3.3. Влияние технологических факторов на адгезионную прочность пленок с подложкой
- •3.4. Контроль адгезии в микросварных соединениях
- •3.5. Устройство для экспресс-контроля адгезии пленок к подложкам
- •3.6. Устройства для оценки адгезионной прочности локальных пленочных площадок с подложкой
- •Глава 4. Монтаж полупроводниковых кристаллов к основаниям корпусов
- •4.1. Пайка кристаллов
- •4.1.1. Оборудование для монтажа кристаллов
- •4.2. Групповая термоимпульсная пайка кристаллов
- •4.3. Оценка смачиваемости и растекания припоя по паяемой поверхности
- •4.4. Заполнение припоем капиллярного зазора между кристаллом и корпусом при пайке
- •4.5. Контроль качества паяных соединений
- •4.6. Посадка на клей
- •4.6.1. Оборудование для клеевых соединений
- •Глава 5. Бессвинцовая пайка в технологии производства ппи
- •5.1. Недостатки Pb-Sn припоев
- •5.2. Экологические аспекты проблемы бессвинцовой пайки изделий микроэлектроники
- •5.2.1. Нормативные требования к размещению твердых бытовых и токсичных промышленных отходов
- •5.2.2. Токсикологическая оценка металлов, входящих в состав припоев и покрытий для бессвинцовой пайки
- •5.2.3. Экологическая оценка припоев пос40 (40Sn/60Pb) и бессвинцового 95,5Sn/4Ag/0,5Cu
- •5.3. Покрытия для бессвинцовой пайки
- •5.3.1. Цинковое покрытие
- •5.3.2. Олово – висмутовое покрытие
- •5.3.3. Оловянное покрытие
- •5.3.4. Никелевое покрытие
- •5.3.5. Сплав никель – олово
- •5.3.6. Серебряное покрытие
- •5.4. Бессвинцовые припои в технологии производства ппи
- •5.4.1. Индиевые припои
- •5.4.2. Висмутовые припои
- •5.4.3. Припои на цинковой основе
- •5.4.4. Припои на основе кадмия
- •5.4.5. Припои на основе олова
- •5.5. Пайка кристаллов к основаниям корпусов ппи
- •5.5.1. Пайка кристаллов ппи на основания корпусов с образованием эвтектики Si-Au
- •5.5.1.1. Свойства золота
- •5.5.1.2. Подготовка золотой фольги и позолоченных корпусов ппи к сборочным операциям
- •5.5.1.3. Остаточные механические напряжения в кристаллах при эвтектической пайке Si-Au
- •5.5.1.4. Новый способ подготовки золотой прокладки к пайке
- •5.5.2. Пайка кристаллов ппи на основания корпусов с образованием эвтектики Sn-Zn
- •5.5.2.1. Возможные варианты пайки кристаллов на эвтектику Sn-Zn
- •5.5.3. Металлическая система для монтажа полупроводникового кристалла к корпусу
- •5.6. Пайка золота в изделиях микроэлектроники оловянно-индиевыми припоями
- •5.6.1. Исследование растворения золотой проволоки в жидкой фазе припоя поИн50
- •5.6.2. Исследование растворения золотой проволоки в твердой фазе припоя поИн50
- •5.6.3. Взаимодействие припоя поИн50 с золотым технологическим покрытием ппи
- •Глава 6. Проволочный монтаж в производстве ппи
- •6.1. Способы присоединения проволочных выводов
- •6.1.1. Термокомпрессионная микросварка
- •6.1.2. Сварка давлением с косвенным импульсным нагревом (скин)
- •6.1.3. Ультразвуковая микросварка
- •6.1.3.1. Расчет концентраторов для установок ультразвуковой микросварки
- •6.1.4. Односторонняя контактная сварка
- •6.1.5. Пайка электродных выводов
- •6.1.5.1. Оборудование для присоединения проволочных выводов
- •6.2. Влияние состава алюминиевой металлизации на качество микросварных соединений Al-Al
- •6.2.1. Повышение качества микросоединений, выполненных узс
- •6.2.2. Повышение качества микросоединений, выполненных ткс
- •6.3. Микросварные соединения алюминиевой проволоки с алюминиевым гальваническим покрытием корпусов изделий электронной техники
- •6.3.1. Алюминиевые покрытия, полученные электролитическим методом
- •6.3.2. Влияние свойств покрытия на качество соединений с алюминиевой проволокой при термокомпрессионной сварке
- •6.3.3. Коррозионная стойкость микросоединений Alп-Alг
- •6.4. Исследование микросварных соединений алюминиевой проволоки с золотым гальваническим покрытием корпусов изделий электронной техники
- •6.4.1. Микросварные соединения Al-Au
- •6.4.2. Термоэлектротренировка микросварных контактов Al-Au.
- •6.4.3. Повышение коррозионной стойкости микросоединений Al-Au.
- •6.5. Микросварные соединения алюминиевой проволоки в корпусах ппи с покрытиями из никеля и его сплавов
- •6.5.1. Микросварные соединения к корпусам с покрытиями Ni и его сплавами
- •6.5.2. Стойкость микросварных соединений Аl-Ni к температурным воздействиям и под токовой нагрузкой.
- •6.5.3. Свариваемость алюминиевой проволоки с никель-бор покрытием при термообработке.
- •6.6. Оптимизация режима ультразвуковой сварки алюминиевой проволоки с серебряным гальваническим покрытием корпусных деталей спп
- •6.6.1. Серебряное покрытие
- •6.6.2. Подготовка корпусов с серебряным покрытием к сборочным операциям
- •6.6.3. Выбор оптимального режима узс соединения Al-Ag
- •6.6.4. Тепловые эффекты в зоне соединения Al-Ag
- •6.7. Выбор оптимальных режимов сварки внутренних микросоединений датчиков газов
- •Глава 7. Групповой монтаж в технологии производства ппи
- •7.1. Пайка полупроводниковых кристаллов с объемными выводами к основаниям корпусов методом «flip-chip»
- •7.1.1. Изготовление шариков припоя и размещение их на кристалле
- •7.1.2. Изготовление столбиковых припойных выводов
- •7.1.3. Формирование шариковых выводов оплавлением проволоки
- •7.1.4. Пайка кристаллов со столбиковыми выводами на контактные площадки
- •7.2. Сборка ппи с паучковыми выводами
- •7.2.1. Расчет напряжений в микросоединениях, сформированных ультразвуковой микросваркой паучковых выводов к кристаллам ис
- •7.2.2. Особенности монтажа внутренних выводов бис и сбис
- •Глава 8. Контроль качества внутренних соединений ппи
- •8.1. Разработка методики оценки прочности микросоединений в изделиях силовой электроники
- •8.1. Оценка прочности микросоединений в ппи
- •8.2. Контроль прочности микросоединений бис и сбис
- •Заключение
- •Библиографический список
- •394026 Воронеж, Московский просп., 14
5.2.3. Экологическая оценка припоев пос40 (40Sn/60Pb) и бессвинцового 95,5Sn/4Ag/0,5Cu
Свинец представляет собой яд, накапливающийся на протяжении многих лет в тканях организма. Согласно данным австралийских служб по охране здоровья рабочих, 30 % попадающего на человека свинца адсорбируется кожными покровами, а 70 % оседает в легких. Внешними симптомами отравления являются головные боли и боли в суставах, однако оно вызывает и скрытые, более серьезные последствия в виде поражений почек и нервной системы, бесплодия и врожденных пороков.
ПДК для свинца и его неорганических соединений приняты: для атмосферного воздуха (ПДКа.в.) – 0,003 мг/м3, для рабочей зоны (ПДКр.з) – 0,01 мг/м3, для питьевой воды (ПДКп.в.) – 0,03 мг/л.
Допустимые максимально разовые концентрации загрязняющих веществ (ЗВ): для оксида олова (в пересчете на олово) ПДКр.з. – 2 мг/м3, ПДКа.в. – 0,02 мг/м3; для меди ПДКр.з. – 1 мг/м3, ПДКа.в. – 0,002 мг/м3; для серебра ПДКр.з. – 1 г/м3, ПДКа.в. – не регламентируется.
Сравним параметры выделений и выбросов на рабочем месте на участке пайки ППИ электропаяльником с применением припоев ПОС40 (олово 40 %, остальное – свинец) и припоя 95,5Sn/4Ag/0,5Cu.
При пайке электропаяльником мощностью 20-60 Вт припоем ПОС40 выделяются: свинец и его соединения 0,005 мг/с; оксид олова 0,0033 мг/с.
При пайке в тех же условиях припоем 95,5Sn/4Ag/0,5Cu выделяется оксид олова 0,012 мг/с. Выделениями ЗВ – серебра и меди – пренебрегаем в виду их малости.
Предположим, что процесс пайки осуществляется в помещении объемом 10 м3 на одно рабочее место под местной вытяжкой с параметрами источника загрязнения атмосферы (ИЗА) и общеобменной вентиляции: диаметр трубы – 0,4 м; линейная скорость потока воздуха в трубе – 3 м/с; объемная скорость потока воздуха в трубе – 0,38 м3/с; эффективность местного отсоса – 0,9; эффективность общеобменной вентиляции – 0,5.
Санитарно-гигиеническая оценка использования припоев ПОС40 и 95,5Sn/4Ag/0,5Cu проведена для рабочей зоны (РЗ), где остаются 10 % ЗВ, которые могут накапливаться в помещении в течение смены.
Концентрация ЗВ в рабочей зоне (Qр.з.) определяется как произведение максимально-разовых выделений ЗВ (q), коэффициента «чистого» времени работы паяльником (0,5), доли ЗВ, выделяемой в помещение (0,1), эффективности общеобменной вентиляции (0,5), времени выделений (1 смена, 8 часов, 28 800 с), отнесенное к объему помещения (10 м3):
Qр.з. = q · 0,5 · 0,1 · 0,5 · 28 800 / 10, мг/м3.
Экологическая оценка применения тех же припоев проведена на ИЗА (Qа.в.), на котором выбрасывается 90 % ЗВ и определяется как произведение максимально-разовых выделений ЗВ (q), коэффициента «чистого» времени работы паяльником (0,5), доли ЗВ, выбрасываемых в атмосферный воздух (0,9), отнесенное к объемной скорости потока воздуха в трубе (0,38 м3/с):
Qа.в. = q · 0,5 · 0,9 / 0,38, мг/м3.
Результаты расчета приведены в табл. 5.3.
Табл. 5.3. Концентрации ЗВ и ИЗА при пайке различными припоями
Припой |
Загрязняющие вещества |
Рабочая зона |
Источники загрязнения атмосферы |
||
мг/м3 |
доля ПДК |
мг/м3 |
доля ПДК |
||
ПОС40 |
Свинец и его соединения |
0,36 |
36 |
0,0059 |
5,90 |
Олова оксид |
0,24 |
0,12 |
0,0039 |
0,20 |
|
95,5Sn/4Ag/0,5Cu |
Олова оксид |
0,86 |
0,43 |
0,0143 |
0,71 |
Сравнительный анализ применения припоев ПОС40 и 95,5Sn/4Ag/0,5Cu показал экологическую безопасность использования в производстве бессвинцовых припоев. Применение припоя, содержащего свинец, при тех же условиях организации рабочего места на участке пайки не удается достичь допустимых уровней ПДК ЗВ как в рабочей зоне, так и на выбросе ИЗА.
Таким образом, утилизация узлов радиоэлектронной аппаратуры должна производиться на специализированных предприятиях. Поэтому вопросы попадания в почву и подземные воды свинца из аппаратуры, содержащей данный металл, являются дискуссионными и требуют дополнительных всесторонних исследований специалистов различного профиля совместно с экологами.
Результаты анализа концентрации загрязняющих веществ в почве в районе полигона ТБО и в населенном пункте (на расстоянии 1,5 км от полигона) показывают, что содержание тяжелых металлов и микроэлементов не превышает нормы ПДК (по данным исследований сотрудников ЗАО НПФ «Овен»). В тоже время следует отметить повышенную концентрацию цинка, кадмия, железа (общ.), свинца и хрома в самом населенном пункте по сравнению с полигоном ТБО.
Превышение ПДК свинца в окружающей среде связано, в первую очередь, с выбросом предприятий, выплавляющих свинец и производящих свинцовые припои, а также с выхлопными газами бензиновых автомобилей.
Отравление растений тяжелыми металлами происходит за счет выпадения токсичных металлов из атмосферы на поверхность листьев. По этому признаку лидирующее положение занимают кадмий и свинец.
При использовании свинцовых припоев источником загрязнения атмосферы свинцом является операция пайки в производстве изделий микроэлектроники (дискретные ППИ, печатные платы и т. д.). Уменьшить концентрацию свинца в рабочей зоне и выбросы в атмосферу при пайке свинцовыми припоями возможно за счет установления специальных фильтров очистки.