ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный

технический университет»

В.В. Зенин

МОНТАЖ КРИСТАЛЛОВ И ВНУТРЕННИХ ВЫВОДОВ В ПРОИЗВОДСТВЕ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ИЗДЕЛИЙ

Воронеж 2013

УДК 621.3.049.77.001

Зенин В.В. Монтаж кристаллов и внутренних выводов в производстве полупроводниковых изделий: монография [Электронный ресурс]. – Электрон. текстовые и граф. данные (11,0 Мб) / В.В. Зенин. - Воронеж: ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный технический университет», 2013. – 1 электрон. опт. диск (CD-ROM) : цв. – Систем. требования : ПК 500 и выше ; 256 Мб ОЗУ ; Windows XP ; SVGA с разрешением 1024x768 ; MS Word 2007 или более поздняя версия ; CD-ROM дисковод ; мышь. – Загл. с экрана. – Диск и сопровод. материал помещены в контейнер 12х14 см.

ISBN 978-5-7731-0347-9

В монографии представлены сведения об основных способах монтажа полупроводниковых кристаллов к основаниям корпусов. Рассмотрены особенности технологии пайки полупроводниковых изделий с использованием бессвинцовых припоев. Приведены результаты исследований различных технологий проволочного и группового монтажа в производстве интегральных схем и полупроводниковых приборов. Для основных сборочных операций изделий микроэлектроники (монтаж кристаллов и внутренних выводов) показаны методы контроля качества соединений.

Монография может быть полезна для специалистов, занимающихся разработкой, выпуском и применением полупроводниковых изделий микроэлектроники, а также для студентов и аспирантов соответствующих специальностей.

Табл. 32. Ил. 81. Библиогр.: 49 назв.

Рецензенты: кафедра физики полупроводников и микроэлектроники Воронежского государственного университета (зав. кафедрой д-р физ.-мат. наук, проф.

Е.Н. Бормонтов);

д-р техн. наук, проф. М.И. Горлов

ISBN 978-5-7731-0347-9

© Зенин В.В., 2013 © Оформление. ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный технический университет», 2013

Оглавление

ВВЕДЕНИЕ 8

1. Монтаж полупроводниковых кристаллов к основаниям корпусов 10

1.1. Пайка кристаллов 11

Оборудование для монтажа кристаллов 20

1.2. Групповая термоимпульсная пайка кристаллов 23

1.3. Оценка смачиваемости и растекания припоя по паяемой поверхности 28

1.4. Заполнение припоем капиллярного зазора между кристаллом и корпусом при пайке 38

1.5. Посадка на клей 44

Оборудование для клеевых соединений 55

2. Бессвинцовая пайка в технологии производства ппи 57

2.1. Недостатки Pb-Sn припоев 57

2.2. Экологические аспекты проблемы бессвинцовой пайки изделий микроэлектроники 61

2.2.1. Токсикологическая оценка металлов, входящих в состав припоев и покрытий для бессвинцовой пайки 63

2.2.2. Экологическая оценка припоев ПОС40 (40Sn/60Pb) и бессвинцового 95,5Sn/4Ag/0,5Cu 67

2.3. Покрытия для бессвинцовой пайки 70

2.3.1. Цинковое покрытие 71

2.3.2. Олово – висмутовое покрытие 72

2.3.3. Оловянное покрытие 77

2.3.4. Никелевое покрытие 78

2.3.5. Сплав никель – олово 79

2.3.6. Серебряное покрытие 80

2.4. Бессвинцовые припои в технологии производства ППИ 82

2.4.1. Индиевые припои 84

2.4.2. Висмутовые припои 85

2.4.3. Припои на цинковой основе 85

2.4.4. Припои на основе олова 86

2.5. Пайка кристаллов к основаниям корпусов ППИ 88

2.5.1. Пайка кристаллов ППИ на основания корпусов с образованием эвтектики Si-Au 92

2.5.1.1. Свойства золота 92

2.5.1.2. Подготовка золотой фольги и позолоченных корпусов ППИ к сборочным операциям 93

2.5.1.3. Остаточные механические напряжения в кристаллах при эвтектической пайке Si-Au 96

2.5.1.4. Новый способ подготовки золотой прокладки к пайке 97

2.5.2. Пайка кристаллов ППИ на основания корпусов с образованием эвтектики Sn-Zn 99

Возможные варианты пайки кристаллов на эвтектику Sn-Zn 100

3. Проволочный монтаж в производстве ппи 102

3.1. Способы присоединения проволочных выводов 104

3.1.1. Термокомпрессионная микросварка 105

3.1.2. Сварка давлением с косвенным импульсным нагревом (СКИН) 111

3.1.3. Ультразвуковая микросварка 112

3.1.4. Односторонняя контактная сварка 113

3.1.5. Пайка электродных выводов 114

Оборудование для присоединения проволочных выводов 115

3.2. Влияние состава алюминиевой металлизации на качество микросварных соединений Al-Al 119

3.2.1. Повышение качества микросоединений, выполненных УЗС 119

3.2.2. Повышение качества микросоединений, выполненных ТКС 124

3.3. Микросварные соединения алюминиевой проволоки с алюминиевым гальваническим покрытием корпусов изделий электронной техники 127

3.3.1. Алюминиевые покрытия, полученные электролитическим методом 128

3.3.2. Влияние свойств покрытия на качество соединений с алюминиевой проволокой при термокомпрессионной сварке 138

3.3.3. Коррозионная стойкость микросоединений Al_п-Al_г 144

3.4. Исследование микросварных соединений алюминиевой проволоки с золотым гальваническим покрытием корпусов изделий электронной техники 147

3.4.1. Микросварные соединения Al-Au 148

3.4.2. Термоэлектротренировка микросварных контактов Al-Au 151

3.4.3. Повышение коррозионной стойкости микросоединений Al-Au 155

3.5. Микросварные соединения алюминиевой проволоки в корпусах ППИ с покрытиями из никеля и его сплавов 158

3.5.1. Микросварные соединения к корпусам с покрытиями Ni и его сплавами 159

3.5.2. Стойкость микросварных соединений Аl-Ni к температурным воздействиям и под токовой нагрузкой 164

3.5.3. Свариваемость алюминиевой проволоки с никель-бор покрытием при термообработке 167

3.6. Оптимизация режима ультразвуковой сварки алюминиевой проволоки с серебряным гальваническим покрытием корпусных деталей СПП 171

3.6.1. Серебряное покрытие 172

3.6.2. Подготовка корпусов с серебряным покрытием к сборочным операциям 174

3.6.3. Выбор оптимального режима УЗС соединения Al-Ag 177