- •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
7.1.4. Пайка кристаллов со столбиковыми выводами на контактные площадки
Монтаж методом «flip-chip» применяют для кристаллов со столбиковыми выводами. Кристаллы монтируют на основание корпусов или подложки планарной стороной. При этом рисунок их контактных площадок является зеркальным отображением расположения выводов на кристалле.
Последовательность выполнения монтажа кристалла со столбиковыми выводами из низкотемпературного припоя на подложку показано на рис. 7.5.
Используется способ монтажа полупроводникового кристалла на основание корпуса (подложку), имеющего углубление или сквозное отверстие, вокруг которого располагаются контакты и проводники. Форма канавки, включая зазор между кристаллом и основанием корпуса, а также пазы по углам обеспечивает в процессе герметизации пластмассой затекание жидкого компаунда под кристалл и защиту лицевой поверхности кристалла. При наличии сквозного отверстия на обратную поверхность корпуса накладывают пластину, чтобы не допустить излишний расход компаунда.
На паяемых поверхностях кристалла и подложки формируют контактные столбики. При сборке между кристаллом и подложкой размещают фольгу толщиной менее 50 мкм из диэлектрических материалов: Al2O3, полиимида или оксида бериллия. В фольге имеются отверстия, расположение которых соответствует расположению контактных столбиков на поверхностях соединяемых деталей. При сборке в отверстиях фольги размещают припой, совмещают отверстия со столбиками кристалла и подложки и нагревают прибор до температуры плавления припоя. Использование диэлектрической фольги устраняет растекание припоя по поверхности подложки и уменьшает вероятность короткого замыкания между контактами прибора.
С целью повышения качества монтажа приборов со столбиковыми выводами в качестве защитного диэлектрического покрытия на планарную поверхность полупроводниковых пластин наносят полимерный лак, толщина которого находится в пределах от 8 мкм до 2/3 высоты выводов.
Рис. 7.5. Последовательность выполнения монтажа кристалла со столбиковыми выводами из низкотемпературного припоя на подложку: а, б – гальваническое нанесение припоя на кристалл и оплавление его, в – переворачивание кристалла, г – нанесение припоя на подложку, д – соединение кристалла с подложкой; 1 – припой, 2 – пленка оксида кремния, 3 – слой металлизации на кристалле, 4 – кристалл, 5, 6 – оплавленный припой на кристалле и подложке, 7 – контактная площадка, 8 – подложка, 9 – основание корпуса, 10 – столбик припоя
Пайка кристаллов со столбиковыми выводами на контактные площадки тестовой керамической подложки, которая позволяет также демонтировать кристаллы и повторно использовать подложку для испытаний и контроля электропараметров других ИС, осуществляется следующим образом. Столбики на кристалле представляют собой слои из сплава Cr:Cu/Cu/Au или Sn. Верхний слой контактов подложки состоит из W или Ta. В качестве припоя применяется сплав 95 % Pb-Sn, осаждаемый или наплавляемый на столбик. Соединение кристаллов с тест-подложкой проводится их совмещением и нагревом до 342 С с последующей выдержкой при температуре 250 С в специальной камере. В процессе напайки кристаллов в камеру подается формир-газ, или небольшое количество паров муравьиной кислоты, или CO. Демонтаж кристаллов проводится погружением нагретой до 340 С подложки в смесь полиэтиленгликоля с канифолью.
На кристалле формируют контактные выступы из Au с покрытием припоем из In-Sn. Монтаж кристалла выполняют с нагревом до температуры, не превышающей температуру плавления припоя. Затем в зазор между кристаллом и подложкой вводят раствор термопласта и проводят термообработку для обеспечения надежного механического соединения кристалла с подложкой.
Специалисты французского центра ядерных исследований разработали сверхминиатюрный процесс перевернутого монтажа полупроводниковых кристаллов на поверхность подложки. В данной технологии используются шарики припоя диаметром 0,01 мм, что позволяет уменьшить расстояние между контактами до 50 мкм. Процесс сборки применяется при наличии на поверхности подложки двух уровневой системы металлизации, что позволяет использовать кристаллы, содержащие до 3000 контактных площадок.
Для контроля положения столбиковых выводов в процессе монтажа методом «flip-chip» структуру на подложке освещают от двух независимых источников наклонными лучами. Положение определяют, контролируя ориентацию теней от выводов на поверхности подложки относительно направления падения света.
Известны результаты исследований шести составов припоя, а также токопроводящего адгезива с серебряным наполнителем, которые используются при изготовлении СБИС в корпусах с матрицей шариковых выводов с кристаллами, монтируемыми на основание корпуса. Паяные соединения исследовались с помощью микрошлифов, а также подвергались испытаниям на прочность при термоциклировании от минус 55 до 125 С. Установлено, что соединения с припоем Sn/Bi способны выдерживать свыше 750 термоциклов, с припоем Sn/Ag/Bi – свыше 620, с припоем Sn/Pb – 225. Растрескивание соединений на основе токопроводящего адгезива происходит после 260 термоциклов только на участках, где имеются поры в адгезиве.
Для отвода тепла от кристалла СБИС, смонтированного на подложку методом «flip-chip», используется пластинчатый теплоотвод, который крепится на кристалл сверху пайкой. Теплоотвод изготавливают из материала на основе углерода с ТКЛР равным (6-10)10–6 С–1. Теплоотвод может быть изготовлен, например, из пористого графита, пропитываемого полимером, или в виде углеполимерного композита с волокнами углерода. Надежность сборки обеспечивается благодаря согласованности кристалла с теплоотводом по ТКЛР.