- •Конструктивно-технологические аспекты сборки полупроводниковых изделий
- •Глава 5. Бессвинцовая пайка в технологии производства ппи 137
- •Глава 6. Проволочный монтаж в производстве ппи 207
- •Глава 7. Групповой монтаж в технологии производства ппи 311
- •Глава 8. Контроль качества внутренних соединений ппи 348
- •Введение
- •Глава 1. Металлические материалы для формирования внутренних соединений
- •1.1. Микронная алюминиевая проволока
- •1.2. Влияние свойств проволоки и ее подготовки к сварке на качество соединений спп
- •Глава 2. Инструмент для сборочных операций ппи
- •2.1. Технологические особенности изготовления инструмента
- •2.2. Влияние конструкции инструмента на качество микросоединений
- •2.3. Схватывание инструмента с выводами при монтаже
- •2.4. Инструмент для сварки внутренних выводов спп
- •2.5. Инструмент для монтажа выводов и кристаллов
- •Глава 3. Методы и устройства для оценки адгезии пленок к подложкам
- •3.1. Неразрушающие методы
- •3.2. Разрушающие методы
- •3.3. Влияние технологических факторов на адгезионную прочность пленок с подложкой
- •3.4. Контроль адгезии в микросварных соединениях
- •3.5. Устройство для экспресс-контроля адгезии пленок к подложкам
- •3.6. Устройства для оценки адгезионной прочности локальных пленочных площадок с подложкой
- •Глава 4. Монтаж полупроводниковых кристаллов к основаниям корпусов
- •4.1. Пайка кристаллов
- •4.1.1. Оборудование для монтажа кристаллов
- •4.2. Групповая термоимпульсная пайка кристаллов
- •4.3. Оценка смачиваемости и растекания припоя по паяемой поверхности
- •4.4. Заполнение припоем капиллярного зазора между кристаллом и корпусом при пайке
- •4.5. Контроль качества паяных соединений
- •4.6. Посадка на клей
- •4.6.1. Оборудование для клеевых соединений
- •Глава 5. Бессвинцовая пайка в технологии производства ппи
- •5.1. Недостатки Pb-Sn припоев
- •5.2. Экологические аспекты проблемы бессвинцовой пайки изделий микроэлектроники
- •5.2.1. Нормативные требования к размещению твердых бытовых и токсичных промышленных отходов
- •5.2.2. Токсикологическая оценка металлов, входящих в состав припоев и покрытий для бессвинцовой пайки
- •5.2.3. Экологическая оценка припоев пос40 (40Sn/60Pb) и бессвинцового 95,5Sn/4Ag/0,5Cu
- •5.3. Покрытия для бессвинцовой пайки
- •5.3.1. Цинковое покрытие
- •5.3.2. Олово – висмутовое покрытие
- •5.3.3. Оловянное покрытие
- •5.3.4. Никелевое покрытие
- •5.3.5. Сплав никель – олово
- •5.3.6. Серебряное покрытие
- •5.4. Бессвинцовые припои в технологии производства ппи
- •5.4.1. Индиевые припои
- •5.4.2. Висмутовые припои
- •5.4.3. Припои на цинковой основе
- •5.4.4. Припои на основе кадмия
- •5.4.5. Припои на основе олова
- •5.5. Пайка кристаллов к основаниям корпусов ппи
- •5.5.1. Пайка кристаллов ппи на основания корпусов с образованием эвтектики Si-Au
- •5.5.1.1. Свойства золота
- •5.5.1.2. Подготовка золотой фольги и позолоченных корпусов ппи к сборочным операциям
- •5.5.1.3. Остаточные механические напряжения в кристаллах при эвтектической пайке Si-Au
- •5.5.1.4. Новый способ подготовки золотой прокладки к пайке
- •5.5.2. Пайка кристаллов ппи на основания корпусов с образованием эвтектики Sn-Zn
- •5.5.2.1. Возможные варианты пайки кристаллов на эвтектику Sn-Zn
- •5.5.3. Металлическая система для монтажа полупроводникового кристалла к корпусу
- •5.6. Пайка золота в изделиях микроэлектроники оловянно-индиевыми припоями
- •5.6.1. Исследование растворения золотой проволоки в жидкой фазе припоя поИн50
- •5.6.2. Исследование растворения золотой проволоки в твердой фазе припоя поИн50
- •5.6.3. Взаимодействие припоя поИн50 с золотым технологическим покрытием ппи
- •Глава 6. Проволочный монтаж в производстве ппи
- •6.1. Способы присоединения проволочных выводов
- •6.1.1. Термокомпрессионная микросварка
- •6.1.2. Сварка давлением с косвенным импульсным нагревом (скин)
- •6.1.3. Ультразвуковая микросварка
- •6.1.3.1. Расчет концентраторов для установок ультразвуковой микросварки
- •6.1.4. Односторонняя контактная сварка
- •6.1.5. Пайка электродных выводов
- •6.1.5.1. Оборудование для присоединения проволочных выводов
- •6.2. Влияние состава алюминиевой металлизации на качество микросварных соединений Al-Al
- •6.2.1. Повышение качества микросоединений, выполненных узс
- •6.2.2. Повышение качества микросоединений, выполненных ткс
- •6.3. Микросварные соединения алюминиевой проволоки с алюминиевым гальваническим покрытием корпусов изделий электронной техники
- •6.3.1. Алюминиевые покрытия, полученные электролитическим методом
- •6.3.2. Влияние свойств покрытия на качество соединений с алюминиевой проволокой при термокомпрессионной сварке
- •6.3.3. Коррозионная стойкость микросоединений Alп-Alг
- •6.4. Исследование микросварных соединений алюминиевой проволоки с золотым гальваническим покрытием корпусов изделий электронной техники
- •6.4.1. Микросварные соединения Al-Au
- •6.4.2. Термоэлектротренировка микросварных контактов Al-Au.
- •6.4.3. Повышение коррозионной стойкости микросоединений Al-Au.
- •6.5. Микросварные соединения алюминиевой проволоки в корпусах ппи с покрытиями из никеля и его сплавов
- •6.5.1. Микросварные соединения к корпусам с покрытиями Ni и его сплавами
- •6.5.2. Стойкость микросварных соединений Аl-Ni к температурным воздействиям и под токовой нагрузкой.
- •6.5.3. Свариваемость алюминиевой проволоки с никель-бор покрытием при термообработке.
- •6.6. Оптимизация режима ультразвуковой сварки алюминиевой проволоки с серебряным гальваническим покрытием корпусных деталей спп
- •6.6.1. Серебряное покрытие
- •6.6.2. Подготовка корпусов с серебряным покрытием к сборочным операциям
- •6.6.3. Выбор оптимального режима узс соединения Al-Ag
- •6.6.4. Тепловые эффекты в зоне соединения Al-Ag
- •6.7. Выбор оптимальных режимов сварки внутренних микросоединений датчиков газов
- •Глава 7. Групповой монтаж в технологии производства ппи
- •7.1. Пайка полупроводниковых кристаллов с объемными выводами к основаниям корпусов методом «flip-chip»
- •7.1.1. Изготовление шариков припоя и размещение их на кристалле
- •7.1.2. Изготовление столбиковых припойных выводов
- •7.1.3. Формирование шариковых выводов оплавлением проволоки
- •7.1.4. Пайка кристаллов со столбиковыми выводами на контактные площадки
- •7.2. Сборка ппи с паучковыми выводами
- •7.2.1. Расчет напряжений в микросоединениях, сформированных ультразвуковой микросваркой паучковых выводов к кристаллам ис
- •7.2.2. Особенности монтажа внутренних выводов бис и сбис
- •Глава 8. Контроль качества внутренних соединений ппи
- •8.1. Разработка методики оценки прочности микросоединений в изделиях силовой электроники
- •8.1. Оценка прочности микросоединений в ппи
- •8.2. Контроль прочности микросоединений бис и сбис
- •Заключение
- •Библиографический список
- •394026 Воронеж, Московский просп., 14
6.4.2. Термоэлектротренировка микросварных контактов Al-Au.
Для эксперимента использовались корпуса ИС типа «Схема-74» из ковара с золотым покрытием с подслоем из никеля и ситалловые подложки с золотым покрытием с подслоем из меди. Для каждого эксперимента изготавливались по 20 образцов. Соединения формировались алюминиевой проволокой марки АК09ПМ35 УЗС на установке УЛ71 и ТКС на установке СТ24 при режимах сварки, обеспечивающих получение максимальной прочности сварных соединений.
Термоэлектротренировка контактных соединений осуществлялась в течение 250 ч при температуре 125 °С и постоянном токе 0,5 А. Через каждые 10 ч проводился замер сопротивлений контактных соединений. Перед проведением измерений сопротивлений образцы вынимались из печи, отключался ток электротренировки и образцы выдерживались при комнатной температуре. Наряду с этими измерениями осуществлялись металлографические исследования по поперечным шлифам до и после определенного цикла термоэлектротренировки. Для этих целей использовали микроскоп МИМ-8.
Характер изменения сопротивлений микросварных контактов, полученных УЗС, в процессе термоэлектротренировки приведен на рис. 6.21 видно, что в первые 10 ч термоэлектротренировки наблюдается уменьшение сопротивлений, а после 250 ч сопротивление практически достигает своих первоначальных значений.
Результаты металлографических исследований показывают, что во всех контактах Al-Au непосредственно после УЗС интерметаллидов на инструментальном микроскопе не обнаружено. На траверсах корпусов ИС в конце испытаний интерметаллиды занимают объем вплоть до никелевого покрытия (рис. 6.22, а), а на ситалловой подложке они образуются в виде тонкого слоя (рис. 6.22, б). Это, по-видимому, можно объяснить применением различных металлов, находящихся под слоем золотого покрытия.
В контактах Al-Au на ситалле после ТКС наблюдается зарождение микротрещин в области светлого интерметаллида, прилегающего к золотому покрытию (рис. 6.23, а), а после термоэлектротренировки – катастрофическое их развитие (рис. 6.23, б). Трещина в этом случае проходит не по границе с металлической пленкой, а несколько ниже под ней. При увеличении температуры сварки выше 380 °С некоторые контактные площадки отрываются от подложки в процессе сварки. Разрушение в этом случае происходит по ситаллу. Появление трещин в контакте и в ситалле под контактной площадкой зависит от коэффициентов термического расширения соединяемых материалов. Контактные площадки на ситалловой подложке играют роль локальных радиаторов, в силу этого в поверхностном слое ситалла имеет место перепад температур, что повышает внутреннее напряжение в ситалле, особенно в момент нагружения сварочным инструментом. В зависимости от различных коэффициентов теплопроводности и линейного расширения ситалла и металлических элементов контактных площадок увеличивается напряжение, обусловливающее появление трещин и в микросварном контакте.
Рис. 6.21. Изменение сопротивлений микросварных контактов Al-Au на ситалле в процессе термоэлектротренировки
Рис. 6.22. Поперечные сечения микросоединений Al-Au, выполненных УЗС, после термоэлектротренировки в течение 250 ч: а – золотое покрытие с подслоем никеля на корпусе ИМС; б – золотое покрытие с подслоем меди на ситалле. Увеличение 500×
Рис. 6.23. Поперечные сечения микросоединений Al-Au с подслоем меди на ситалле после ТКС (а) и после термоэлектротренировки в течение 250 ч (б). Увеличение 500×
При ТКС наблюдается некоторое повышение твердости пленки золота на ситалле. Повышение твердости золотого гальванического покрытия может быть обусловлено не режимом осаждения, а диффузией медного подслоя в пленку и на его поверхность. Так, в процессе термоэлектротренировки произошло покраснение золотого покрытия контактных площадок, а на некоторых из них наблюдалось потемнение.
Повышение сопротивлений контактов Al-Au на ситалле, образованных УЗС, после 160 ч термоэлектротренировки, по-видимому, связано с характером роста интерметаллидов. Чем более ярко выражен островковый характер роста интерметаллидов, тем в большей степени возрастает сопротивление такого контакта. Увеличение сопротивления в вышеуказанных контактах, по всей видимости, связано с зарождением и ростом микротрещин в прослойке интерметаллида. Трещины, возникающие по периметру сварного соединения, вызывают изоляцию проволоки от места сварки и повышают не только электрическое сопротивление, но и снижают прочность соединений. На снижение прочности соединений существенное влияние оказывает и отжиг проволоки при испытаниях.
В соединениях на траверсах (золото с подслоем никеля) сопротивление стабильно в процессе всего времени термоэлектротренировки. Трещин в контактах не обнаружено. Следует отметить, что при изготовлении ППИ используется алюминиевая проволока, легированная 0,9 % Si. Добавка кремния, естественно, оказывает определенную роль на металлургические процессы в сварном соединении. Кроме того, толщина золотого покрытия на корпусах ИС (особенно на контактных площадках траверсов транзисторов ) может колебаться в пределах нескольких микрометров.
Определенный вклад в формирование различных фаз AlхAuу вносит перенос металла в результате электромиграции.