Разработка газоразрядного экрана (стр. 1 из 7)
Разработка "высоковольтного драйвера" газоразрядного экрана на полиимидном носителе
Глава 1.
Введение.
К настоящему времени микроэлектроника сформировалась как генеральное схемотехническое и конструктивно-технологическое направление в создании средств вычислительной техники, радиотехники и автоматики.
Основополагающая идея микроэлектроники - конструктивная интеграция элементов электронной схемы объективно приводит к интеграции схемотехнических, конструкторских и технологических решений, которая выражается в тесной взаимосвязи и взаимообусловленности всех этапов проектирования интегральной микросхемы. При этом главным связующим звеном всех этапов проектирования является задача обеспечения высокой надежности ИМС.
Важнейшей задачей схемотехнического проектирования, является разработка быстродействующих и надежных схем, устойчиво работающих при низких уровнях мощности (малая допустимая мощность рассеивания), в условиях сильных паразитных связей (высокая плотность упаковки) и при ограниченных по точности и стабильности параметров элементов. Потенциальная возможность ИМС на этом этапе проектирования оценивается с учетом возможностей выбранного структурно технологического варианта ИМС и его технологической реализации.
Конструктор, стремясь сохранить быстродействие и надежность ИМС на проектном уровне, определяет оптимальную технологию, выбирает материалы и технологические методы, обеспечивающие надежные электротехнические соединения, а также защиту от окружающей среды и механических воздействий с учетом технологических возможностей и ограничений.
При технологическом проектировании синтезируется оптимальная структура технологического процесса обработки и сборки, позволяющая максимально использовать отработанные, типовые процессы и обеспечивать высокую воспроизводимость, минимальную трудоемкость и стоимость с учетом конструкторских требований.
Важным этапом технологического проектирования, направленного на обеспечение качества и надежности ИМС, является разработка операций контроля на всех этапах производства ИМС: входного контроля основных и вспомогательных материалов и комплектующих изделий, контроля в процессе обработки, межоперационного контроля полуфабрикатов и выходного контроля готовых изделий.
Рост степени интеграции и функциональной насыщенности единицы объема изделий микроэлектроники, объективно приводит к микроминитюаризации их исполнения.
Практика показывает, что проблемы, связанные с микроминитюаризацией, комплексно могут быть решены на базе разработки и внедрения новых конструктивно-технологических принципов сборки ИМС и аппаратуры на их основе.
ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
Глава 2.
2.1. Анализ существующих методов сборки БИС.
2.1.1. Проволочные методы сборки БИС.
Соединения проволокой является в настоящее время, к сожалению, пока наиболее распространенным способом монтажа ИМС. Рассмотрим особенности этого способа.
Присоединение проволочных выводов.
Монтажные операции, связанные с присоединением выводов, осуществляются, во-первых, для создания внутрисхемных соединений при монтаже кристаллов на подложках гибридных пленочных микросхем и микросборок (контактная площадка кристалла при этом соединяется с контактной площадкой подложки с помощью перемычки или непосредственно); во-вторых, для коммутации контактных площадок кристалла ИМС или периферийных контактов гибридных микросхем и микросборок с внешними выводами корпуса.
Выводы можно присоединять микросваркой или пайкой.
С помощью пайки получают ремонтопригодные соединения. В то же время , паяное соединение характеризуется относительно большой плоскостью и сам процесс низкой производительностью, возможно растворение материала перемычек и пленочных контактов в расплавленном припое; воспроизводимость параметров соединений не высока. В связи с этим применение пайки для присоединения выводов ограничено.
рис 1
1-кристалл ; 2-вывод ; 3- внешний вывод;
При микросварке, соединение может быть получено за счет плавления и давления. Микросварка плавлением основана на сильном локальном нагреве и ускоренной взаимной диффузии соединяемых материалов. Возможность образования при этом хрупких интерметаллических соединений и ухудшение адгезии тонких металлических пленок к подложке ограничивает применение этого метода.
Наиболее широко применяют разновидности микросварки давлением, при которых соединение формируется в твердой фазе за счет сжатия поверхностей и нагрева. Это обусловлено возможностью управления параметрами процесса, его механизации и автоматизации, высоким качеством и воспроизводимостью параметров соединения. При микросварке давлением, формы и размеры сварной точки строго определены рабочей частью инструмента и площадью получаемого соединения.
В качестве выводов используют проволоку крупного сечения из золота или алюминия. Применяемая золотая проволока марки Зл 999.9 имеет диаметр 25-60 мкм. и относительное удлинение 10%. Недостатками такой проволоки являются высокая стоимость, большой удельный вес, снижающаяся стойкость к вибрациям и ударным нагрузкам, невысокое сопротивление разрыву (для отоженной проволоки около 120 Н/кв.мм ) и возможность образования при неблагоприятных условиях с алюминием хрупких и пористых соединений типа AlnAum.
Использование выводов из чистого алюминия марки А995 также ограничено из-за невысокой прочности ( для мягкой проволоки около 75 Н/кв.мм ), что вынуждает увеличивать диаметр проволоки до 100 мкм. и приводит к увеличению площади проектируемых контактов. Лучшие характеристики имеет проволока из алюминий-кремниевого сплава А999К09 и АК09П, и алюминий-магниевого сплава АМ208, прочность которых, в отоженном состоянии достигает 450 Н/кв.мм. при относительном удлинении до 4%. Проволоку выпускают в диапазоне диаметров : 27-50 мкм. Проволока марки АК09П ("прецезионная") имеет допуск на диаметр ± 1 мкм. и повышенную равномерность механических свойств по длине.
Виды микросварных соединений и инструмента.
Обычно при проволочном монтаже применяются соединения встык и внахлест .
рис 2
При отсутствии загрязнений на соединяемых поверхностях прочность соединений зависит от площади контакта. Давление инструмента на проволоку приводит к пластической деформации материала проволоки. Однако, при этом снижается прочность проволоки в месте перехода от деформируемого участка к недеформированному. При механических воздействиях здесь возникает концентрация напряжений. В связи с этим сварку проволочных выводов внахлест целесообразно выполнять с переменной по длине сварки деформацией проволоки. Это достигается наклоном инструмента на несколько градусов в сторону, противоположную формируемой перемычке. Во избежание подреза проволоки кромка инструмента должна быть закруглена. При сварке встык, плавный переход проволоки в деформированную область обеспечивается закруглением или фаской у выхода отверстия инструмента. Площадь контакта соединения зависит от площади рабочего торца инструмента, от диаметра проволоки и степени ее деформации. Размеры сварного соединения в зависимости от этих параметров приведены в таблице 1.
Таблица 1
| ОСОБЕННОСТИСОЕДИНЕНИЯ | Деформация проволоки | ДИАМЕТР ПРОВОЛОКИ, мкм 20 30 50 100 | |||
| Внахлест клиновыминструментом сшириной торца 2dпр | 755025 | 70(30)60(40)50(30) | 110(75)100(50)90(40) | 180(130)160(90)140(70) | 320(250)320(160)270(130) |
| То же с шириной торца 3dпр | 5075 | 100(40)110(50) | 140(50)150(75) | 220(90)260(130) | 450(120)475(250) |
| Встык капиллярныминструментом при диаметре шарика (2-2.5)dпр | 255075 | 60(30)70(45)85(75) | 90(45)100(75)150(135) | 140(60)160(100)200(175) | 290(100)300(200)400(350) |
P.S. Размеры без скобок обозначает длину сварного соединения, а в скобках - ширину сварного соединения.
В зависимости от материала вывода и контактной площадки используют термокомпрессионную сварку (ТКС), сварку косвенным импульсным нагревом (СКИН), электроконтактную одностороннюю сварку (ЭКОС) сдвоенным инструментом и ультразвуковую сварку (УЗС). Определяющей тенденцией развития методов микросварки от ТКС до УЗС является локализация зоны нагрева, что уменьшает тепловое воздействие на изделие в целом и повышает воспроизводимость параметров сварного соединения.
Таблица 2
Термокомпрессионная сварка.
При термокомпрессионной сварке соединение образуется в твердой фазе в результате нагрева и сжатия соединяемых поверхностей. Пластическая деформация, возникающая в зоне контакта , способствует вытеснению адсорбированных газов и остаточных загрязнений с контактных поверхностей, становится возможным электронное взаимодействие соединяемых материалов, т.е. образование межатомных связей. Получению прочного соединения способствует также ограниченная взаимная диффузия материалов и образования твердых растворов в тонкой приграничной области.
Режим термокомпрессионной сварки характеризуется следующими параметрами:
1) Температурой нагрева, обычно равной температуре обжига более пластичного из свариваемых материалов. Температура нагрева не должна превышать температуры эвтектики этих материалов во избежание образования жидкой фазы. Для большинства практических случаев температура в зоне сварки лежит в пределах 300-400°С;
2) Давлением инструмента, которое должно обеспечивать деформацию проволоки после ее нагрева в пределах 25-75%. При этом прочность соединения должна составлять не менее 40-50% прочности проволоки на разрыв в исходном состоянии;