МИКРОКОМПОНЕНТОВ на основе лент держателей и кристаллоносителей

Области применения проволочного микромонтажа

Современная мировая промышленность производит больше чем 60 миллиардов различных электронных устройств в год. Эти устройства управляют системами персональных компьютеров, космических кораблей, самолетов, автомобилей, телевизоров, мобильными телефонами, цифровыми камерами, DVD проигрывателями и др.

Рынок требует больше функций в меньших по размерам, быстрых, более дешевых устройствах, которые собираются в множестве корпусов типов CSP, BGA, WCSP, TCSP PLCC, SOIC, SOP и др. Сборка этих корпусов микроэлектронных приборов связана с формированием макро- и микроконтактных соединений кристалла с корпусом.

Более 90% этих корпусов собираются по технологии проволочного микромонтажа золотой или алюминиевой проволокой. Технология формирования микроконтактных соединений – это та критическая технология, которая соединяет микромир полупроводниковых кристаллов с внешним миром электронных устройств.

При сборке изделий микроэлектроники наиболее распространенным способом формирования микроконтактных соединений является монтаж проволочными и ленточными выводами, что объясняется высокой автоматизацией процесса универсальностью по отношению к различным технологическим вариантам производства и геометрическим размерам изделий.

Виды микроконтактных соединений

•Микроконтактные соединения обеспечивают электрическую связь кристалла с внешними выводами прибора.

•В связи с освоением изделий силовой электроники, рассчитанных на коммутирование токов до 50 А и более, микроконтактные соединения выполняют проводниками круглого сечения диаметром 200 мкм или плоскими ленточными перемычками.

•Высокая степень интеграции ИС и уменьшение контактных площадок приводит к необходимости использования для межсоединений проволоки малого диаметра – из золота от 17,5 до 20 мкм и из алюминия для плоских проводников толщиной 12,5–18,0 мкм, а для круглых проводников диаметром от 18 до 25 мкм, особенно в изделиях СВЧ электроники.

Термозвуковая микросварка соединений

•Термозвуковая сварка методом «шарик-клин» в настоящее время по-прежнему является самым быстродействующим способом присоединения проволочных выводов к контактным площадкам интегральных схем.

•До 95% изготавливаемых микросхем в мире используют золотую проволоку для обеспечения надежных межсоединений между кристаллом и выводной рамкой методом «шарик-клин»

Формирование шарика на проволоке

На электрод разрядника, входящий в состав сварочной головки подается высоковольтный импульс положительной или отрицательной полярности длительностью от 2,5 до 15 миллисекунд в зависимости от диаметра проволоки. В момент подачи высоковольтного импульса конец электрода находится от конца проволоки на расстоянии 1– 1,5 мм. Для электрического пробоя такого воздушного промежутка требуется напряжение порядка 3,5–4,5 кВ. Возникающий разряд разогревает газ между электродом и проволокой до температуры, необходимой для расплавления конца проволоки. Под действием сил поверхностного натяжения расплав формируется в шар. При образовании шарика очень важно минимизировать отжиг проволоки над образованным шариком,

Энергия разряда при образовании шарика

E U I t

Спадающий ток разряда предпочтителен для формирования шариков на тонкой проволоке (25–30 мкм) и уменьшения отжига проволоки над местом перехода проволоки в шарик. При зазоре 1,6 мм -

Где U-напряжение разрядного промежутка (500 В), I-ток разряда (27 мА) и t- время разряда (26 мс). Энергия разряда составляет 35-37 мДж.

Выбор материала проволоки

Растущий интерес к использованию медной проволоки как альтернативы золотой объясняется прежде всего меньшей стоимостью, которая приближается к стоимости алюминиевой проволоки. Это позволяет снизить стоимость приборов и повысить их конкурентоспособность.

Теплопроводность у меди в 1,6 раз выше, чем у алюминия, и в 1,3 раза выше, чем у золота. Лучшая теплопроводность медной проволоки может обеспечить дополнительный теплоотвод от кристалла прибора при большом числе выводов . Меньшее электрическое сопротивление позволяет использовать медную проволоку диаметром в 1,25 раза меньше по отношению к диаметру золотой проволоки при одной и той же плотности тока.

Это преимущество актуально для транзисторов средней мощности в малогабаритных корпусах для поверхностного

Формирование

шарика в формир- газе

•При формировании шарика используется формир-газ, состоящий из 95% азота и 5% водорода, который подается в зону образования шарика для предотвращения его окисления и получения шариков правильной формы . Скорость подачи формир-газа в зону образования шарика имеет важное значение в получении шариков стабильного качества. Для получения шариков практически сферической формы необходим расход формир-газа в диапазоне 0,2-0,6 л/мин. Недостаточный или избыточный расход формир-газа приводит к ассиметричным шарикам, непригодным для последующего присоединения

Влияние микротвердости медного шарика

Исходная микротвердость образованного шарика незначительно отличается от микротвердости самой проволоки и составляет 100–110 HV.

Для достижения качественной сварки медной проволокой используется более высокая нагрузка на сварочный инструмент и увеличенная УЗ энергия. Это приводит, во-первых к повышенному механическому воздействию на контактную площадку кристалла, и во-вторых к сокращению срока службы инструмента в результате интенсивного износа. Это может привести к выдавливанию Al металлизации контактной площадки в процессе термозвукового присоединения. Кроме того, высокая твердость медного шарика вызывает развитие внутренних механических напряжений в термозвуковом соединении, величина которых может быть

эмпирически оценена.