Микросварка при внутриузловом монтаже. Особенности реализации.

Для внутриузлового монтажа обычно применяют разновидности сварки давлением (группа 2, преимущественно разновидности 2.2, а…г, см. рис.13.1), которые из-за малой площади сварного соединения называют микросварками. Микросварку используют при монтаже микросборок, микросистем, кристаллов ИС (БИС, СБИС, УБИС) в корпусах микросборок на платах и прочих МЭУ, если свойства сопрягаемых материалов конструктивов совместимы с технологическими условиями реализации процесса микросварки.

К особенностям процесса микросварки следует отнести:

• невозможность реализации группового симультанного автоматизированного монтажа (безинструментальные способы микросварки еще не освоены, а любой способ сварки давлением требует применения инструмента), поэтому самый высокий уровень автоматизации для микросварки организовать нереально;

• невозможность использования для монтажа традиционно-монтируемых компонентов (ТМК);

• процесс микросварки повышенно чувствителен к природе материалов платы, используемых инструментов и к технологическим факторам, что заметно снижает его технологичность;

• нагрев зоны контактирования при микросварке существенно ускоряет при этом происходящие процессы, но вместе с тем ускоряет и процессы окисления металлов, а также повреждения сопрягаемых с ними поверхностей материалов несущих оснований, поэтому температура в зоне микроконтактирования должна обеспечивать необходимую пластичную деформацию свариваемых материалов без их оплавления и составляет (0,3…0,6) (т.е. 0,3…0,6 температуры плавления самого легкоплавкого из контактируемых металлов);

• возможность реализации высокоплотного монтажа (при использовании бескорпусных кристаллов, компонентов в микрокорпусах и мелкошаговых кристаллодержателей, в том числе на гибких носителях), исключающего короткие замыкания между плотно расположенными проводящими элементами (с расстояниями между ними менее 0,2 мм) микросборок (из-за обеспечения прецизионного контроля режимов микросварки и дозирования энергии, а также отсутствия присадочных материалов);

• повышенные требования к точности геометрических размеров элементов соединяемых деталей и их совмещения, а также чистоте их поверхностей;

• наличие незначительного количества инородных примесей в зоне микросварки, не оказывающего существенного влияния на переходное сопротивление микроконтакта.

Важно подробнее рассмотреть особенности реализации часто применяемых для внутриузлового монтажа способов микросварки.

Термокомпрессионная микросварка (ТКМ) – разновидность сварки давлением с подогревом соединяемых материалов (см. разновидность 2.2, а, рис.13.1), причем один из них (например, материал вывода микросхемы) должен быть высоко пластичным. Температура соединения при ТКМ не должна превышать температуру образования эвтектики соединяемых материалов. Используется ТКМ для создания электрических микросварных соединений мягких высокоэлектропроводящих материалов (табл.13.2) в виде круглых и плоских проводников с тонкими металлическими пленками, напыленными на нагревостойкие диэлектрические подложки (или платы).

Однако, термокомпрессия ограничена числом сочетаний свариваемых материалов (термокомпрессией весьма трудно сварить ковар, никелевые и железные сплавы); при этом материал подложки должен обладать малой чувствительностью к термическому удару и хорошей адгезией с напыленными пленками (кремний, в том числе окисленный, ситалл или керамика). Соединяемые материалы требуют подготовки путем травления, зачистки, обезжиривания, защиты от окисления и др.

Имеющиеся варианты реализации ТКМ различают обычно по трем признакам:

• способу нагрева (с нагревом только рабочего столика, с нагревом только рабочего инструмента и с нагревом того и другого; первый вариант используют при наличии хрупких высоконагревостойких подложек (плат), второй – для ТКМ невысокопластичной проволоки, а третий – для монтажа тонкопленочных микросборок, сочетающего достоинства первых двух вариантов);

• виду соединения (нахлесточное, встык и др., рис13.2, а…г);

• типу образующегося соединения, обусловленного формой инструмента (см. рис.13.2).

Высокой прочностью обладают соединения, выполненные шариком встык, кроме того, соединения а и г (см. рис.13.2) получают с гарантированной осадкой за счет правильного выбора профиля инструмента и условий деформирования проводника. Однако, инструмент в виде “птичьего клюва” (рис.13.2, г) сложен в изготовлении и в эксплуатации, поэтому используется реже других. Варианты ТКМ с применением инструментов б и в менее производительны, чем при использовании инструмента а (см. рис.13.2), что связано с усложнением их выполнения (т.к. требуется повышенная точность совмещения сопрягаемых деталей) и, кроме того, с повышенным расходом монтажной проволоки.

Таблица 13.2.