Глава 7. Групповой монтаж в технологии производства ппи 311

7.1. Пайка полупроводниковых кристаллов с объемными выводами к основаниям корпусов методом «flip-chip» 312

7.1.1. Изготовление шариков припоя и размещение их на кристалле 312

7.1.2. Изготовление столбиковых припойных выводов 315

7.1.3. Формирование шариковых выводов оплавлением проволоки 325

7.1.4. Пайка кристаллов со столбиковыми выводами на контактные площадки 329

7.2. Сборка ППИ с паучковыми выводами 332

7.2.1. Расчет напряжений в микросоединениях, сформированных ультразвуковой микросваркой паучковых выводов к кристаллам ИС 333

7.2.2. Особенности монтажа внутренних выводов БИС и СБИС 338

Глава 8. Контроль качества внутренних соединений ппи 348

8.1. Разработка методики оценки прочности микросоединений в изделиях силовой электроники 348

8.1. Оценка прочности микросоединений в ППИ 350

8.2. Контроль прочности микросоединений БИС и СБИС 357

Заключение 364

Библиографический список 365

Введение

Достижения интегральной электроники, которая в настоящее время используется практически во всех областях науки и техники, обусловлены повышением степени интеграции элементов на кристалле, увеличением быстродействия, уменьшением потребляемой мощности и повышением надежности микросхем.

Надежность полупроводниковых изделий (ППИ) тесно связана с технологией производства и, в особенности, с операциями получения контактных соединений. Одной из наиболее распространенных причин отказов, связанных с процессом производства, является нарушение микросоединений кристалла с корпусом и внутренних выводов с контактными площадками кристалла и корпуса. По данным отечественной и зарубежной литературы от 35 до 60 % всех отказов в радиоэлектронной аппаратуре приходится на долю микросоединений.

Развитие технологии производства интегральных схем (ИС) осуществляется в направлении уменьшения размеров приборов и увеличения плотности упаковки, что вызывает необходимость уменьшения ширины металлических пленок, используемых в качестве межсоединений. Однако от ширины пленочной металлизации зависит среднее время наработки на отказ, обусловленное электродиффузией. С уменьшением ширины пленок снижается и среднее время наработки до отказа приборов. В процессе эксплуатации ППИ имеют место отказы, связанные с деградацией микросоединений внутренних выводов.

Поэтому при разработке новых приборов, а также при оценке работоспособности существующих конструкций необходимо учитывать влияние условий изготовления и эксплуатации на структуру и свойства микроконтактов, особенно в случае наличия биметаллических пар. Электрическая и механическая стабильность биметаллических пар во многом определяется интерметаллическими соединениями, образующимися за счет взаимной диффузии различных металлов при повышенной температуре.

Следует отметить, что широкое внедрение автоматизированного оборудования и новых методов сборки сдерживается из-за недостаточной изученности конструктивно-технологических факторов, влияющих на прочность и надежность микросоединений и снижающих производительность сборочного оборудования. На качество микросоединений оказывают влияние не только правильный выбор способов и режимов монтажа, но и таких параметров, как структура пленок и адгезионная прочность их с подложкой, физико-механические свойства материалов выводов и конструкция сварочного инструмента. Известно, что проволока микронных размеров имеет нестабильность геометрических размеров и механических свойств; это является одной из причин низкой воспроизводимости качества внутренних микросоединений.

Вопросы дальнейшего совершенствования оборудования и технологии сборки остаются в центре внимания разработчиков и изготовителей современных ППИ. Повышение производительности и надежности сборки самым тесным образом связано с конструкцией микросварочного инструмента. Современные высокопроизводительные сборочные автоматы требуют оснащения износостойким, дешевым и надежным инструментом.

Обеспечение качества микросоединений в ППИ в процессе их разработки и серийного производства возможно путем исследований влияний конструктивно-технологических факторов на формирование сварных и паяных микросоединений.

В некоторых разделах учебного пособия использованы материалы статей, авторских свидетельств СССР и патентов Российской Федерации, опубликованные в соавторстве с к.т.н. Бокаревым Д.И., д.т.н. Горловым М.И., к.т.н. Колычевым А.И., к.т.н. Осенковым В.Н., к.т.н. Сегалом Ю.Е. и к.х.н. Спиридоновым Б.А., которым авторы выражают глубокую благодарность.