Tekhnologiya_sborki_integralnyh_skhem

УДК 621.382–049.1+621.382.049.77–049.1(075.8) ББК 32.852я7

С95

Рецензенты :

доц. каф. «Микро- и наноэлектроника» БГУИР, канд. техн. наук Ю. А. Радионов;

доц. каф. «Микро- и наноэлектроника» БГУИР, канд. техн. наук А. Г. Черных;

проф. каф. «Электрические системы и сети» энергетического факультета БНТУ, д-р техн. наук, проф. М. А. Короткевич

Сычик, В. А.

С95 Технология сборки интегральных схем : конспект лекций по дисциплине «Технология сборки полупроводниковых приборов и интегральных схем» для студентов специальности 1-41 01 01 «Технология материалов и компонентов электронной техники» / В. А. Сычик. –

Минск : БНТУ, 2014. – 306 с. ISBN 978-985-550-140-5.

В предлагаемом конспекте лекций изложены базовые теоретические сведения по всем разделам дисциплины «Технология сборки полупроводниковых приборов

иинтегральных схем», включая подготовку кристаллов к сборочным операциям, пайку

исварку в полупроводниковом производстве, монтаж кристаллов и подложек, присоединение и разварку выводов, герметизацию полупроводниковых приборов и интегральных схем в корпусе, защиту арматуры на сборочных операциях, заключительные операции сборочного производства и автоматизацию производственных процессов сборки полупроводниковых приборов и интегральных схем. Конспект лекций соответствует типовой программе дисциплины «Технология сборки полупроводниковых приборов и интегральныхсхем».

2

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7

1.КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ФИНИШНЫХ ОПЕРАЦИЙ ПРОИЗВОДСТВА ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ

5.11. Методы микромонтажа кристаллов БИС. . . . . . . . . . . . 143 5.11.1. Ультразвуковая микросварка и микромонтаж кристаллов на ленточных носителях. . . . . . . . . . . . . . . . 143

6. ГЕРМЕТИЗАЦИЯ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПРИБОРОВ И ИМС. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 150

6.1. Общие сведения. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 150 6.2. Герметизация холодной сваркой. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 152 6.3. Герметизация корпусов контактной сваркой. . . . . . . . . . 159 6.4. Герметизация сваркой плавлением. . . . . . . . . . . . . . . . . . 166 6.4.1. Герметизация аргонно-дуговой сваркой. . . . . . . . . 167 6.4.2. Герметизация микроплазменной сваркой. . . . . . . . 170

6.5. Герметизация корпусов электронно-лучевой сваркой. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 171

6.6. Герметизация корпусов лазерной сваркой. . . . . . . . . . . . 174 6.7. Герметизация корпусов пайкой. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 178 6.8. Герметизация корпусов заваркой стеклом. . . . . . . . . . . . 182 6.9. Герметизация полупроводниковых приборов

и ИС пластмассами. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 185 6.9.1. Способы герметизации пластмассами. . . . . . . . . . . 185 6.9.2. Герметизирующие полимерные материалы. . . . . . 185 6.9.3. Герметизация способом прессования пластмасс. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 187 6.9.4. Герметизация под давлением с помощью

жидких компаундов. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 192 7. ЗАЩИТА АРМАТУРЫ НА СБОРОЧНЫХ

ОПЕРАЦИЯХ. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 194 7.1. Назначение защитных покрытий. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 194 7.2. Химическая обработка полупроводниковых структур

перед защитой. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 197 7.3. Защита с помощью лаков, эмалей, компаундов

и кремнийорганических вазелинов. . . . . . . . . . . . . . . . . . 200 7.4. Защита силанированием. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 209 7.5. Защита полупроводниковых кристаллов и активных

компонентов ИМС стеклянными пленками сложного состава. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 212

7.6. Защита полупроводниковых структур пленками нитрида кремния. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 218

5

7.7. Защита структур методом обволакивания. . . . . . . . . . . . 222 7.8. Защита структур методом свободной заливки. . . . . . . . . 225

8. ЗАКЛЮЧИТЕЛЬНЫЕ ОПЕРАЦИИ СБОРОЧНОГО ПРОИЗВОДСТВА. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 231 8.1. Характеристика заключительных операций. . . . . . . . . . . 231 8.2. Окраска, лакировка и маркировка. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 232 8.3. Лужение выводов горячим способом. . . . . . . . . . . . . . . . 239

9.АВТОМАТИЗАЦИЯ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ПРОЦЕССОВ СБОРКИ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ

ПРИБОРОВ И ИС. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 242 9.1. Системы управления процессами сборки

полупроводниковых приборов и ИС. . . . . . . . . . . . . . . . . 242 9.1.1. Структурные схемы системы управления. . . . . . . . 242 9.1.2. Устройства управления. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 249 9.1.3. Датчики в системе управления сборочного оборудования. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 263 9.1.4. Системы технического зрения. . . . . . . . . . . . . . . . . 266 9.1.5. Устройства распознавания. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 274 9.1.6. Гибкие автоматизированные производства. . . . . . 285

9.2. Комплексная автоматизация сборочных процессов изделий микроэлектронной техники. . . . . . . . . . . . . . . . . 296

ЛИТЕРАТУРА. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 301

6

ВВЕДЕНИЕ

За короткий промежуток времени полупроводниковая электроника прошла огромный путь развития от простейших электронных приборов до сложнейших микромодулей и микросхем. Разработка и освоение серийного выпуска интегральных микросхем (ИМС) явились значительным шагом вперед на пути миниатюризации аппаратуры. Микроскопические размеры компонентов и продолжающаяся тенденция увеличения степени интеграции интегральных схем (ИС) делают операции сборки особо важными. Под сборкой полупроводниковых приборов и ИС понимают совокупность технологических операций, обеспечивающих соединение элементов и частей полупроводникового прибора или ИМС в единое целое. К таким операциям относятся механическое закрепление кристалла в корпусе или на раме с выводами, образование электрических связей между контактными площадками на кристалле и внешними выводами и герметизация для обеспечения защиты изделия от воздействия окружающей среды и механических повреждений. Этим операциям придается большое значение потому, что электрические параметры и надежность изделий во многом зависят от качества сборки. Сборка полупроводниковых приборов, ИМС существенно отличается от сборки обычных радиотехнических устройств. Она характеризуется многообразием оборудования и различными материалами; наиболее специфическими особенностями являются малые толщины проводников (10–200 мкм) и пленок (0,05–5 мкм). Операции сборки были и остаются наиболее трудоемкими в техпроцессе изготовления полупроводниковых приборов и ИМС. Если в процессах создания кристаллов применяются групповые методы обработки, то при сборке оперируют с каждым изделием отдельно. Основные параметры процесса сборки: температура нагрева, выдержка, удельное давление – должны быть минимально возможными, чтобы не повредить элементы прибора или микросхемы. Современный этап развития микроэлектроники характеризуется выпуском сверхбольших интегральных схем (СБИС), благодаря чему создаются блоки и функциональные узлы электронной аппаратуры. В этой связи новое развитие получают основные технологические процессы сборки: монтаж кристаллов, разводка выводов и герметизация изделий.

7

Дисциплина «Технология сборки полупроводниковых приборов и интегральных схем» включает следующие разделы: подготовка кристаллов к сборочным операциям; пайка и сварка в полупроводниковом производстве; монтаж кристаллов и подложек, присоединение и разводка выводов; герметизация полупроводниковых приборов; заключительные операции сборочного производства; технологические испытания полупроводниковых приборов и ИМС; механизация и автоматизация производственных процессов сборки полупроводниковых приборов и ИМС.

Цель преподавания дисциплины – освоение студентами комплекса теоретических и практических знаний в области монтажа и сборки полупроводниковых приборов и ИМС, позволяющих им свободно ориентироваться в современном производстве полупроводниковых приборов и интегральных микросхем.

8

1. КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ФИНИШНЫХ ОПЕРАЦИЙ ПРОИЗВОДСТВА ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПРИБОРОВ И ИМС

Финишные операции производства полупроводниковых приборов и ИМС – это операции их монтажа и сборки, включая операции скайбирования пластин, монтажа кристаллов, присоединения выводов, герметизации полупроводниковых приборов и ИМС, технологических испытаний.

Скрайбирование. С помощью процессов литографии на одной полупроводниковой пластине изготавливают до 2000 однотипных структур. После создания структур пластины разделяется на отдельные кристаллы, на основе которых собирается полупроводниковый прибор или ИС. Для разделения пластин большое применение получил метод резки алмазным резцом, получившим название скрайбирование (рис. 1.1). Процесс складывается из операций нанесения риски алмазной иглой и разламывания вдоль нанесенных царапин. Пластину крепят вакуумным присосом или наклеивают на подложку. При этом игла в резцедержателе располагается так, чтобы угол между

осью иглы и плоскостью реза составил 8–10 . После нанесения сетки

царапин пластину располагают на резиновой прокладке планарной стороной вниз и проводят валиком с легким прижимом по пластине вдоль линии реза в двух взаимно перпендикулярных направлениях. При этом кристаллы разделяются по линиям царапин. Полученные кристаллы подвергаются химической обработке и передаются на следующие операции. Ломка скрайбированных пластин также осуществляется на сфере. При этом сохраняется исходная ориентация кристаллов и повышается производительность сборки.

1

Рис. 1.1. Скрайбирование:

а– скрайбированиепластиныалмазнымрезцом; б– пластинапослескрайбирования; 1 – полупроводниковая пластина; 2 – резец (игла); 3 – режущая кромка

9