Методи приєднання виводів (стр. 4 из 4)
Паяння виводів до плівки може здійснюватися або індивідуально, локальним нагрівом кожного контактного вузла, або груповим методом – всі вузли відразу. У першому випадку використовується мініатюрний паяльник олівцевого типа вагою до 10 г і завдовжки 150 мм на напругу 6 В. Температура жала управляється термопарою і підігрівачем, розташованими усередині тиснула, і підтримується на 10 – 20С° З вище за температуру плавлення припою. Паяння виконують під бінокулярним мікроскопом. В такий спосіб можливе приєднання дротяних виводів діаметром 25 – 50 мкм із золота, міді, позолоченого ковара до плівок Al, Ag, Cu. [4]
При груповому методі вся мікросхема повинна допускати нагрів в нейтральній газовій середі, у вакуумі або в рослинній олії до 210°С з витримкою при цій температурі 30 сек. Для групового методу паяння необхідно застосовувати навісні елементи з кульковими або балочними виводами (рис. 2.2) (наприклад, конденсатори К-10-9-м розміром 1 x 2 x 2 мм і ємкістю до 0,1 мкф) [7].
Рис. 2.2. Кулькові виводи на навісних елементах для виконання з'єднань груповим паянням: 1 – навісний елемент; 2 – «кульковий» вивід (висота »40 мкм, діаметр ≈150 мкм) з оплавленим шаром припою ≈10 мкм, 3 – контактний майданчик [3].
Групові методи виконання з'єднань мають велике значення в технології ІС. При індивідуальному методі трудомісткість операцій по з'єднанню виводів дуже велика: потрібний в три рази більше що працюють, чим на виготовлення самих структур ІС [3].
2.2 Холодне паяння
Холодне паяння здійснюється за допомогою сплавів з ртуттю (амальгама) або з галієм. Обидва види сплавів тверднуть при кімнатній температурі. На контактний вузол наносять сплав, який при витримці в притиснутому стані твердне. При холодному паянні потрібний збільшений майдан контактних поверхонь обох тіл, що сполучаються. Метод холодного паяння застосовний тільки для кулькових виводів, які дозволяють забезпечити необхідне зусилля притиснення.
Сплави готують розчиненням металевого порошку в ртуті або в галію. З часом (декілька годин) відбувається розчинення металу порошку і приповерхового шару тіл, що сполучаються, в рідкому металі. Це приводить до підвищення температури плавлення виникаючого сплаву відповідно до діаграми стану системи. Чим вище дисперсність порошку, тим процес протікає швидше. [6]
Термостійкість з'єднання виходить високою, більш 500°С. Істотно відзначити, що при твердінні сплави з галієм збільшуються в об'ємі приблизно на 10 %, що сприяє заповненню зазору між поверхнями, що сполучаються, якщо прикладений зовнішній тиск [7].
Срібна амальгама (52 % вага Ag) твердне при 25°С за 3 ч, мідний склад з галієм (66 % вага Cu) твердне при тій же температурі за 4 ч [3].
2.3 Електричні з'єднання за допомогою склеювання
Особливе місце займає завдання контакту з такими плівковими ІС, які містять дуже велике число контактних майданчиків, розташованих в одній плоскості і розсіяних за площею. Наприклад, в матриці магнітної пам'яті пристрою, що запам'ятовує, індивідуальний контакт кожного провідникового виводу украй трудомістко і приводить до конструкції, що містить клубок тонких проволікав. Принципово інший підхід до рішення задачі полягає в використання гнучкого друкарського шлейфу. Шлейф повинен мати необхідний малюнок приєднуваних до матриці дротів, що закінчуються контактними площадками, які повинні поєднуватися з відповідними контактними майданчиками матриці.
Конструкція може бути технологічно реалізована при використанні ізоляційного клею.
Контактне з'єднання ізоляційним клеєм без провідного наповнювача можливо, якщо при склеюванні рідкий клей видавлюється з контактної зони так, що що підлягають з'єднанню провідники зближуються до появи електричного контакту. [5]
Механічне з'єднання контактного вузла виникає приклеївши мікрорельєфу, що знаходиться в западинах, і по периметру контактного вузла. Механічна напруга, що виникає при усадці клеївши, забезпечує стягання і щільне притиснення металевих поверхонь один до одного.
Розглянемо фізичну картину того, що стосується об'ємного провідника з фольги або дроту з плівковим. Деформацією плівки на твердій підкладці можна нехтувати. В результаті розгляду підлягає механічний контакт пластичного металу фольги або зволікання з жорсткою гладкою підставою.
Рис. 2.3. Електричний контакт між стискуваними металевими поверхнями: а – поперечний перетин контакту (у плані); б – подовжній перетин контакту; 1 – область торкання; 2 – лінія струму; 3 – стягання ліній струму і утворення опору стягання; Sк – контурний майдан контакту; Sф – майдан фактичного торкання [3].
Приліплення при здавленні, як і при термокомпресії, спочатку відбувається на окремих ділянках поверхні. Сила зчеплення пропорційна сумарної майдани металевих плям торкання (рис. 2.3).
Притиснуті один до одного поверхні зачинають контактувати в окремих плямах торкання, розташованих в певних областях. Величина і розташування областей торкання залежить від хвилястості поверхні, тоді як величина і розташування плям торкання визначається мікрошорсткостями.
У міру збільшення стискуючого зусилля відбувається зближення поверхонь за рахунок пружної деформації виступів мікрорельєфу, в зіткнення входить все більше число виступів. Подальше збільшення навантаження приводить до пластичної деформації виступів, першими що вступили в контакт, і до пружної деформації нижчих виступів.
Процес пластичної деформації виступів супроводиться зміцненням, поцьому відбувається їх вмятие в основний метал. [2]
Зближення абсолютно чистих металевих поверхонь на відстань в пару десятків ангстрема приводить до появи вандерваальсовых сил взаємодії. Подальше зближення до відстані в декілька одиниць ангстрема приводить до появи атомарних металевих зв'язків.
Проте виникле зчеплення після зняття навантаження. Найменше електричний опір виходить при розчеплвуванні одного контактного провідника на декілька паралельно сполучених.
Головним достоїнством методу склеювання непровідним клеєм є можливість групового контакту.
До недоліків методу слід віднести необхідність захисту плівок мікросхемі від усадкових зусиль клейового прошарку.
Для індивідуального виконання електричних з'єднань застосовують клеї з провідним металевим наповнювачем, що є полімерний варіант толстопленочных композиційних склоемалей. Провідний клей називають контактолом.
Контактоли мають питомий опір р = 5х xl0-4 ом·cм. Контактол К-13б розроблений для виконання з'єднань по поверхнях, лудженим припоєм ПОС-61. У нім застосований срібний порошок, отриманий відновленням муравїнокислим (HCOONa) і двовуглекислим (NaHCO3) натрієм азотнокислого срібла (AgNO3). Як єднальний використаний лак АК-113, розчинний в органічному розчиннику (циклотексаноне). Щоб зменшити швидкість згущення при зберіганні із-за висихання розчинника, приготований контактол до вживання зберігають в ексикаторі, на дно якого налитий розчинник, що створює у об'ємі ексикатора атмосферу з його пари. Температура зберігання має бути нижче за нуль. Щоб при нанесенні зменшити шкідливий процес загусання до моменту формування краплі в зоні контактного майданчика, контактол наносять з попотужністю шприца. Це дозволяє наносити краплю, дозовану за об'ємом, що має важливе значення для забезпечення якості контактного з'єднання. Якщо крапля опиниться дуже великий, то вона може не затвердіти після засихання зовнішній області. Таке ж явище станеться при швидкій гарячій сушці (75°С) без витримки на повітрі протягом 1 години. Таке з'єднання буде недоброякісним. Гарячу сушку проводять тривало, приблизно 16 годин [3].
ВИСНОВКИ
1. Найпоширенішими методами зварювання є:
- термокомпресорне зварювання;
- конденсаторна зварка електроконтактів;
- зварювання тиском з непрямим імпульсним нагрівом;
- контактне зварювання;
- ультразвукове зварювання.
2. Будь-який метод з’єднання, який застосовується у виробництві напівпровідникових приладів й інтегральних схем, повинен задовольняти наступним вимогам:
-Міцність з’єднань повинна бути не нижчою, ніж міцність з’єднуваних елементів.
-З’єднання повинні мати мінімальний опір.
-Основні параметри процесу з’єднання (температура нагріву, питомий тиск, тривалість витримки) повинні бути мінімальними, щоб не спричинити пошкоджень активної області напівпровідникового приладу.
-Можливість з’єднання найрізноманітніших сполук матеріалів.
-Після процесу з’єднання не повинно залишатися матеріалів, які викликають корозію.
-Якість з’єднань повинна контролюватися простими і надійними методами.
ЛІТЕРАТУРА
1. Волков, В.А. Сборка и герметизация микроэлектронных устройств/ М.: Радио исвязь, 1982г. – 354с.
2. Волков, В.А. Современные проблемы сборки и герметизации микроэлектрон ных устройств, 1990г, - 280 с.
3. Сборка и монтаж интегральных микросхем : учебное пособие / М. П. Романова. – Ульяновск : УлГТУ, 2008. – 95 с.
4. Гусєв В.П. "Технологія радіоапаратобудування". М.:"Вища школа"–1972р., - 235 с.
5. http://www.svarkainfo.ru/rus/technology/otherwelding/microweld
6. http://svar-tech.com/11/113/191-svarka-v-mikrojelektronike.html
7. Назаров Г.В., Гревцев Н.В. Сварка и пайка в микроэлектронике. - Москва: Советское радио, 1969