- •Оглавление
- •1. Монтаж полупроводниковых кристаллов к основаниям корпусов 10
- •2. Бессвинцовая пайка в технологии производства ппи 57
- •3. Проволочный монтаж в производстве ппи 102
- •4. Групповой монтаж в технологии производства ппи 184
- •5. Контроль качества внутренних соединений ппи 218
- •Введение
- •1. Монтаж полупроводниковых кристаллов к основаниям корпусов
- •1.1. Пайка кристаллов
- •Оборудование для монтажа кристаллов
- •1.2. Групповая термоимпульсная пайка кристаллов
- •1.3. Оценка смачиваемости и растекания припоя по паяемой поверхности
- •1.4. Заполнение припоем капиллярного зазора между кристаллом и корпусом при пайке
- •1.5. Посадка на клей
- •Оборудование для клеевых соединений
- •2. Бессвинцовая пайка в технологии производства ппи
- •2.1. Недостатки Pb-Sn припоев
- •2.2. Экологические аспекты проблемы бессвинцовой пайки изделий микроэлектроники
- •2.2.1. Токсикологическая оценка металлов, входящих в состав припоев и покрытий для бессвинцовой пайки
- •2.2.2. Экологическая оценка припоев пос40 (40Sn/60Pb) и бессвинцового 95,5Sn/4Ag/0,5Cu
- •2.3. Покрытия для бессвинцовой пайки
- •2.3.1. Цинковое покрытие
- •2.3.2. Олово – висмутовое покрытие
- •2.3.3. Оловянное покрытие
- •2.3.4. Никелевое покрытие
- •2.3.5. Сплав никель – олово
- •2.3.6. Серебряное покрытие
- •2.4. Бессвинцовые припои в технологии производства ппи
- •2.4.1. Индиевые припои
- •2.4.2. Висмутовые припои
- •2.4.3. Припои на цинковой основе
- •2.4.4. Припои на основе олова
- •2.5. Пайка кристаллов к основаниям корпусов ппи
- •2.5.1. Пайка кристаллов ппи на основания корпусов с образованием эвтектики Si-Au
- •2.5.1.1. Свойства золота
- •2.5.1.2. Подготовка золотой фольги и позолоченных корпусов ппи к сборочным операциям
- •2.5.1.3. Остаточные механические напряжения в кристаллах при эвтектической пайке Si-Au
- •2.5.1.4. Новый способ подготовки золотой прокладки к пайке
- •2.5.2. Пайка кристаллов ппи на основания корпусов с образованием эвтектики Sn-Zn
- •Возможные варианты пайки кристаллов на эвтектику Sn-Zn
- •3. Проволочный монтаж в производстве ппи
- •3.1. Способы присоединения проволочных выводов
- •3.1.1. Термокомпрессионная микросварка
- •3.1.2. Сварка давлением с косвенным импульсным нагревом (скин)
- •3.1.3. Ультразвуковая микросварка
- •3.1.4. Односторонняя контактная сварка
- •3.1.5. Пайка электродных выводов
- •Оборудование для присоединения проволочных выводов
- •3.2. Влияние состава алюминиевой металлизации на качество микросварных соединений Al-Al
- •3.2.1. Повышение качества микросоединений, выполненных узс
- •3.2.2. Повышение качества микросоединений, выполненных ткс
- •3.3. Микросварные соединения алюминиевой проволоки с алюминиевым гальваническим покрытием корпусов изделий электронной техники
- •3.3.1. Алюминиевые покрытия, полученные электролитическим методом
- •3.3.2. Влияние свойств покрытия на качество соединений с алюминиевой проволокой при термокомпрессионной сварке
- •3.3.3. Коррозионная стойкость микросоединений Alп-Alг
- •3.4. Исследование микросварных соединений алюминиевой проволоки с золотым гальваническим покрытием корпусов изделий электронной техники
- •3.4.1. Микросварные соединения Al-Au
- •3.4.2. Термоэлектротренировка микросварных контактов Al-Au
- •3.4.3. Повышение коррозионной стойкости микросоединений Al-Au
- •3.5. Микросварные соединения алюминиевой проволоки в корпусах ппи с покрытиями из никеля и его сплавов
- •3.5.1. Микросварные соединения к корпусам с покрытиями Ni и его сплавами
- •3.5.2. Стойкость микросварных соединений Аl-Ni к температурным воздействиям и под токовой нагрузкой
- •3.5.3. Свариваемость алюминиевой проволоки с никель-бор покрытием при термообработке
- •3.6. Оптимизация режима ультразвуковой сварки алюминиевой проволоки с серебряным гальваническим покрытием корпусных деталей спп
- •3.6.1. Серебряное покрытие
- •3.6.2. Подготовка корпусов с серебряным покрытием к сборочным операциям
- •3.6.3. Выбор оптимального режима узс соединения Al-Ag
- •4. Групповой монтаж в технологии производства ппи
- •4.1. Пайка полупроводниковых кристаллов с объемными выводами к основаниям корпусов методом «flip-chip»
- •4.1.1. Изготовление шариков припоя и размещение их на кристалле
- •4.1.2. Изготовление столбиковых припойных выводов
- •4.1.3. Формирование шариковых выводов оплавлением проволоки
- •4.1.4. Пайка кристаллов со столбиковыми выводами на контактные площадки
- •4.2. Сборка ппи с паучковыми выводами
- •Особенности монтажа внутренних выводов бис и сбис
- •5. Контроль качества внутренних соединений ппи
- •5.1. Контроль качества паяных соединений
- •5.2. Особенности оценки прочности соединения кристалла с основанием корпуса
- •5.2.1. Контроль качества соединений кристаллов с основаниями корпусов
- •5.2.2. Оценка прочности соединения кристалла с основанием корпуса
- •1 2 3 4 5 6 7 Площадь кристалла, мм2 9,47
- •5.3. Разработка методики оценки прочности микросоединений в изделиях силовой электроники
- •5.4. Контроль прочности микросоединений бис и сбис
- •Заключение
- •Библиографический список
- •394026 Воронеж, Московский просп., 14
1.2. Групповая термоимпульсная пайка кристаллов
Анализ способов пайки кристаллов к основаниям корпусов показал, что они имеют определенные недостатки: требуют использования дорогостоящего оборудования; не обеспечивают высокого качества паяных швов, особенно при сборке кристаллов больших размеров; используется высокая температура нагрева.
Нами разработан способ групповой термоимпульсной пайки полупроводниковых кристаллов к основаниям корпусов типа ТО-218, ТО-220 и ТО-247. Применение данного способа позволит повысить надежность ППИ за счет снижения температуры нагрева при пайке поверхности кристалла со структурами, улучшить смачивание припоем соединяемых поверхностей и повысить производительность сборочных операций за счет групповой пайки кристаллов к основаниям корпусов.
Способ сборки ППИ реализуется по схеме, представленной на рис. 1.4. На основании 1, соединенным с вакуумным насосом, закреплена вакуумная присоска 2, в ячейках которой фиксируются коллекторной поверхностью вверх полупроводниковые кристаллы 3 с припоем 4 на паяемой поверхности. На кристаллах размещается выводная рамка пластмассового корпуса на 10 кадров 5. U-образные электроды 6
Рис. 1.4. Схема групповой термоимпульсной пайки полупроводниковых кристаллов к основаниям корпусов: 1 –основание; 2 – вакуумная присоска; 3 – кристаллы; 4 – припой; 5 – выводная рамка; 6 – U-образные электроды; 7 – кронштейн; 8 – ультразвуковой концентратор
жестко закреплены в кронштейне 7, электрически последовательно соединены друг с другом и расположены дифференцировано над каждым кристаллом. На рис. 1.5. показана схема пайки одного кристалла. Для равномерного нагрева всей площади кристалла при пайке размеры рабочей площадки U-образного электрода должны быть на 0,6-1,0 мм больше каждой из сторон кристалла.
Рис. 1.5. Схема пайки одного кристалла: 1 – вакуумная присоска; 2 –кристалл; 3 – припой; 4 – выводная рамка; 5 – U-образный электрод
При пайке кронштейн с U-образными электродами прижимает выводную рамку к кристаллам. Через электроды пропускается импульс тока. Тепло от рабочей площадки электрода передается корпусу и далее кристаллу, разогревая припой до температуры пайки. В момент расплавления припоя вакуумную присоску с кристаллами подвергают воздействию ультразвуковых колебаний в направлении параллельном паяному шву от ультразвукового концентратора 8 (рис. 1.4). Это способствует разрушению оксидных пленок и улучшению смачивания припоем соединяемых поверхностей кристалла и основания корпуса. Давление на каждый кристалл осуществляется массой корпуса прибора и кронштейна с U-образными электродами. Через заданное время отключается ток и после кристаллизации припоя образуется качественное паяное соединение.
Так как при импульсной пайке происходит нагрев кристалла через корпус, то коллекторная поверхность кристалла нагревается до температуры пайки, а противоположная поверхность кристалла со структурами имеет температуру нагрева значительно ниже, чем коллекторная. Этот фактор способствует повышению надежности ППИ.
При сборке ППИ предлагаемым способом очень важно знать температуру на рабочей поверхности инструмента (U-образного электрода). Эта температура зависит не только от подаваемого напряжения на электроды, но и от физико-механических свойств материала, из которого они изготовлены. Существенное влияние на нагрев рабочей площадки электрода оказывает толщина перемычки паза U-образного электрода. Существуют различные способы расчета температуры на поверхности деталей при прохождении через них электрического тока. Следует отметить, что эти способы достаточно трудоемкие, а что особенно важно, не обеспечивают необходимой точности. В производстве ППИ на сборочных операциях используется достаточно простая методика определения температуры рабочей поверхности инструмента при импульсном нагреве. Эта температура зависит от подаваемого напряжения и времени прохождения импульса тока. Продолжительность подачи импульса тока задается по электронному реле времени. Для определения температуры на рабочей поверхности инструмента для термоимпульсной пайки кристаллов нужно строить номограмму (рис. 1.6), которую используют для настройки температурных режимов пайки.
Рис. 1.6. Номограмма для определения температуры на рабочей поверхности инструмента при термоимпульсной пайке кристаллов: 0,75t-1,5t – время нагрева, с
Для равномерного давления U-образных электродов на соединяемые элементы необходимо обеспечить параллельность рабочей площадки электродов и поверхностей оснований корпусов и кристаллов.
Таким образом, разработанный способ групповой термоимпульсной пайки кристаллов к основаниям корпусов обладает следующими особенностями: позволяет проводить пайку кристаллов к основаниям корпусов на воздухе; улучшает смачивание припоем соединяемых поверхностей кристалла и основания корпуса; повышает надежность ППИ за счет снижения температуры нагрева при пайке поверхности кристалла со структурами.