книги из ГПНТБ / Моряков, О. С. Вакуумно-термические и термические процессы в полупроводниковом производстве учеб. пособие

час. После остывания кассеты разбирают, баллоны извлекают и укладывают в специальную тару.

Для улучшения электрических параметров приборов, герметизи­ рованных в металлокерамических корпусах, поверхности керамиче­ ских деталей иногда глазуруют, что еще и улучшает их внешний вид. Глазурь, нанесенная на керамический изолятор баллона, мо­ жет служить своеобразным припоем: она заполняет зазоры между деталями и скрепляет их между собой. Глазурь используют для ва­ куумноплотного соединения металлических и керамических деталей.

BJ

Рис. 77. Распределение температуры по длине печи при пайке баллонов:

а — кривая режима пайки, б —план печи

Температура размягчения глазурей лежит в пределах 500—800° С, а растекания— 1000—1350° С. В состав глазурей входят кремнезем, глинозем и окислы некоторых металлов (ВаО, СаО и др.).

Технологический процесс получения металлокерамического сое­ динения^ помощью глазури заключается в сборке деталей в спе­ циальной кассете. Глазурную пасту наносят различными способа­ ми: кисточкой, шпателем, опрыскиванием. Лучше всего использо­ вать глазурь в виде таблеток, полученных прессованием порошка, замешанного на парафине с бензином. Готовые таблетки обжигают на воздухе при темепратуре 900—1000° С.

Л у ж е н и е состоит из следующих операций:

очистки выводов (обезжиривания, промывки и сушки);

покрытия их флюсом (одноили двукратного) окунанием в 25,%-ный раствор хлористого цинка;

130

вателями, уплотнены асбестовым шнуром. По дну рабочего канала

проложены направляющие с конвейерной лентой 5, Холодильник предназначен для охлаждения изделий перед вы­

ходом из рабочей камеры и представляет собой обычную водяную

рубашку.

Вдоль дна нагревательных камер проложены трубы для продув­ ки азотом. Газ подводится через насадки, вмонтированные в дно и боковые стенки корпуса, между нагревательными камерами, что обеспечивает создание газовой завесы, препятствующей проникно­

вению газа из одной секции в другую.

В крышках корпуса имеются два игольчатых вентиля 7 для взя­ тия проб газа. Кроме того, в крышке первой секции закреплены пять, а во второй —три термопары 8. На входе и выходе рабочей камеры установлены газовые насадки 4. В верхней стенке корпуса насадки имеется отверстие, закрытое набором металлических се­ ток, и спиральный электронагреватель, обеспечивающий сгорание отходящих газов.

Конвейерная лента приводится в действие электродвигателем 11, который через специальную муфту вращает бесступенчатый вариатор 13, позволяющий регулировать скорость в пределах от 70 до 250 об/мин. От вариатора движение передается на двухступен­ чатый червячный редуктор 14 с передаточным числом, равным 1200. Выходной вал редуктора через цепную передачу вращает привод­ ной барабан 15, сообщающий движение конвейерной ленте.

Транспортировка изделий в рабочей камере осуществляется пле­ теной лентой из нихромовой проволоки, натянутой между ведущим и ведомым барабанами. Нижнюю ветвь ленты поддерживают че­ тыре ролика, а пятый ролик (для увеличения угла охвата) установ­ лен непосредственно у приводного барабана.

Подача газов в печь производится от двух магистральных труб, проложенных внутри каркаса вдоль нагревательных камер. Через одну трубу подают азот, а через другую — водород. На входе труб установлены контрольные манометры и редукторы давления.

Энергия к нагревательным камерам подводится от индивидуаль­ ных трансформаторов, напряжение которых регулируется в пре­ делах от 0 до 30 В, а ток измеряется амперметрами, установлен­ ными на лицевой панели пульта управления.

Для регулировки и поддержания на заданном уровне темпера­ туры конвейерная печь оборудована автоматической системой. Автоматический регулятор обеспечивает контроль и запись темпе­ ратуры в восьми, а регулирование — в трех точках. Датчиками температуры служат термопары, сигналы которых подаются на вход самопищущих потенциометров.

132

Для лужения выводов приборов применяют различное оборудо­ вание: от простейших приспособлений до полуавтоматов.

В простейшем случае используют две ванночки с припоем и флюсом. Припой плавят на электрической плитке; температуру контролируют контактным термометром. При лужении выводы приборов окунают в расплавленный припой, вынимают и резким движением стряхивают излишки припоя с выводов. На воздухе

кронштейна служит вертикальная стойка 2, Сверху кронштейн име­ ет прямоугольное окно для установки кассеты с полупроводнико­ выми приборами, снизу к нему привернут щелевой питатель 5.

После разогрева припоя кассету с приборами опускают вниз так, чтобы выводы погрузились в припой на определенную глубину. В это время припой поступает в питатель из ванны через продоль­ ную щель. При подъеме кронштейна припой перетекает обратно в ванну. Зеркало припоя обычно покрыто окислом, но при опускании питатель своей нижней частью раздвигает окисную пленку, так что внутрь него попадает лишь чистый припой. Излишки припоя стряхиваются с выводов при ударе вертикальной стойки об ограни­ читель.

В массовом производстве полупроводниковых приборов приме­ няют полуавтоматы для лужения, например карусельный шести­ позиционный полуавтомат, кинематическая схема которого показа­ на на рис. 80. Полуавтомат предназначен для группового лужения с использованием кассет, которые загружаются заранее. После за-

133

хвата / кассета перемещается на позицию II нанесения флюса, за­ тем на позицию III облуживания, повторного нанесения IV флю­ са и повторного облуживания V. Далее кассета автоматически снимается с держателя и разгружается VI. Приборы по лотку по­ падают в вибробункеры для промывки VII и сушки VIII, а далее — в технологическую тару.

Для лужения используют припой ПОС61, а в качестве флю­ са— раствор хлористого цинка. Лужение выполняют при непрерыв­ ном движении расплавленного припоя (волна) для освобождения его от окислов. Процесс ведут при постоянных температуре и уров-

Рис. 80. Кинематическая схема полуавтомата для лужения выво­ дов полупроводниковых приборов:

не припоя в ванне. Недостатками метода является длительность разогрева и необходимость больших загрузок припоя. Облуженные приборы промывают в потоке горячей (60—70° С) воды.

Полуавтомат выполнен в виде стола со скафандром. На столе расположены карусель, ванны, вибробункеры и другие механизмы. Скафандр имеет бортовые отсосы, соединяемые с вытяжкой венти­ ляцией.

Следует учитывать, что пары хлористого цинка, свинца и его соединений вредно действуют на организм человека, поэтому при работе с этими материалами необходимо строго соблюдать правила техники безопасности.

Хорошие результаты дает лужение деталей в ультразвуковой ванне, так как процесс интенсифицируется. Источник ультразвуко­ вых колебаний — магнитострикционный излучатель расположен под ванной с припоем. Ультразвуковые колебания вызывают ка­ витацию, способствующую удалению пленки окисла с погружен­

134

ных в ванну деталей и очищающую их поверхность. Оптимальная частота ультразвука, при которой получают наиболее качественное лужение, составляет 20—30 кГд.

§ 46. Оборудование для пайки кристаллов к ножкам

Установка ЭМ—415 (рис. 81), предназначенная для пайки германиевых и кремниевых кристаллов к позолоченным ножкам приборов, состоит из стола, механизмов перемещения, нагружения и привода инструмента Ю, микроскопа 1 с держателем 2, нагрева­ теля 9, газовой и вакуумной систем и электрооборудования.

Рис. 81. Установка ЭМ-415 для пайки кристаллов к позоло­ ченным ножкам приборов:

Шарнирный механизм перемещения предназначен для пооче­ редной подачи под рабочий инструмент 10 и в поле зрения микрос­ копа 1 нагревателя 9 с ножкой (или держателем диодов) или стойки 8 с кристаллами и золотыми прокладками. Одно звено этого механизма вместе с закрепленным на нем нагревателем 9 поворачивают относительно неподвижной оси, а на втором распо­ лагается стойка 8 для кристаллов.

Чтобы присоединить кристалл к ножке в необходимом положе­ нии, верхнюю часть нагревателя, который состоит из четырех смен­ ных элементов, можно поворачивать на угол 130°. Датчиком температуры является керамический термометр сопротивления.

135

Заданное усилие прижима рабочего инструмента с кристаллом

к золоченной поверхности ножки, а также вибрация инструмента

вплоскости, перпендикулярной его вертикальной оси, обеспечи­ ваются специальным приспособлением. Величина усилия зависит от положения груза на линейке 4, Амплитуду колебаний регули­ руют переключателем напряжения. Рабочий инструмент изготов­

лен из стали.

Кристалл, имеющий квадратную форму, размещается в гнездена торцевой части рабочего инструмента, заходя в него примерно на одну треть толщины, и удерживается там вакуумным присосом.

Рукояткой 7 через систему рычагов и тягу 6 можно поворачи­ вать кулачок 5 толкателя, который, в свою очередь, перемещает инструмент вместе с механизмом нагружения. Изменением длины толкателя регулируют высоту подъема инструмента, а длины тя­ ги— его ход по вертикали. На рукоятке управления механизмом привода расположена кнопка включения и выключения вакуума.

Пайку кристаллов к ножкам выполняют под бинокулярным микроскопом 1 (МБС-1), закрепленном на держателе 2, который позволяет устанавливать микроскоп в нужном положении. В полезрения микроскопа попадает инструмент, а также поочередно стой­ ка с кристаллами и ножка, расположенная на нагревателе, вокруг которой создается защитная газовая среда. Охлаждаются ножки с кристаллами обдувом через отверстие в инструменте.

Действием газовой и вакуумной систем управляют с помощью электромагнитных клапанов.

Электрооборудование установки служит для подачи энергии к нагревателю освещения, работы вибратора 3, а также для автома­ тической выдержки режима пайки и сигнализации.

Техническая характеристика установки ЭМ-415 приведена ниже.

ЖКМ 1.121.001 для присоединения кристаллов к позолоченным ножкам, состоит из двух частей: механизма присоединения 3 и электрического блока 1. Перед пуском установки в дисковую кас­ сету 5 предварительно закладывают 90 кристаллов с электронно­ дырочными переходами и такое же количество ножек — в другую»

136

кассету 2. Нагрев ножек осуществляется туннельным нагревателем в атмосфере защитного газа.

При включении электродвигателя приводится в движение рас­ пределительный вал, который с помощью кулачков кинематически согласует движения присасывающего устройства 4, перемещения кассеты с ножками на шаг, поворот дисковой кассеты с кристалла­ ми и работу пьезоэлектрического вибратора. Присасывающее устройство 4 имеет инструмент, при помощи которого происходит захват кристалла, его подъем, поворот и опускание на поверхность фланца ножки.

! 21

В момент контакта кристалла с ножкой инструмент вибрирует в горизонтальной плоскости, как бы притирая поверхность кристалла к позолоченной поверхности и облегчая пайку. После этого меха­ низм вакуумного присоса возвращается в исходное положение и останавливается. Для повторного срабатывания необходимо на­ жать на педаль. Смена кассет с кристаллами и ножками произво­ дится вручную.

Техническая характеристика установки ЖКМ 1.121.001 при­ ведена ниже.

137