Скрайбирование алмазным резцом.
Ширина риски маленькая: экономия места на пластине
Высокая производительность
Быстрая переналадка различных размеров кристаллов
Минусы:
Т.к п\п кристалл обладает анизотропными механическими свойствами разлом происходит в соответствии с этими свойствами и получаем кристалл
Точность геометрических размеров невысока
Качество ломки зависит между соотношением между толщиной и шириной кристалла
Сначала резцом наносится риска глубиной 1-5 мкм, шириной 1-5мкм, потом ломка.
Возможно, выполнить её роликом помещают пластину рисками вниз, на мягкую опору, прокатывают резиновый ролик по пластине под нагрузкой, вместо ролика можно использовать клин. Брак за счет разделения 2% ???.
Резка алмазным диском.
Позволяет разделить пластины большого диаметра и толщины.
Пластина закрепляется на специальном держателе, ориентируется в оптическом компораторе , подводят специальный шпиндель с 20 параллельно расположенными дисками и производится резка, в процессе резки через специальное сопло в инструмент подается абразив. Диски не входят в контакт с материалом пластины, в контакт входит абразивная суспензия. Делается проход, затем поворот на 90% ??? и выполняется разрезка в перпендикулярном направлении. Не оказывается механического воздействия на кристалл. Выход годных 98-100%.
Лазерное скрайбирование.
Больше диаметры и больше толщины.
Лазерный луч с достаточной мощностью в импульсе позволяет в несколько раз увеличить скорость резания по сравнению с механическим скрайбированием. Можно сделать рису и также можно в результате нескольких проходов с перефокусировкой лазерного луча выполнить полное разделение пластин. Применяется для разделения керамических подложек толстопленочных ГИС.
Плюсы: Отсутствие механического контакта (не возникают микротрещины, сколы и есть небольшое оплавление краев)
Минусы: Разбрызгивание расплавленного п/п в процессе резки (этот процесс регулируется мощностью луча, а также откачкой газа в процессе скрайбирования (отходов резки через проточный газ))
Сквозное анизотропное травление (в лекциях нет)
4.2. Монтаж плат и кристаллов.
Переходим к стадии индивидуальной обработки ИС => повышение трудоемкости всех операций, стоимости и надежности.
Выбор методов и ТП сборки связан с материалами, используемыми в конструкции корпуса.
Технологические требования к методу крепления:
Простота процесса
Отсутствие термомеханических напряжений
Возможность автоматизации процесса.
Воспроизводимость параметров соединений.
Температурный коэффт расширения кристалла или подложки ГИС и основания корпуса различны => в условиях нагрева или охлаждения возникают растягивающие или сжимающие напряжения.
В результате может произойти разрушение качества соединения. Можно применить промежуточный слой клея, чтобы сгладить расхождения ТКР проводника и основания.
ТП монтажа кристаллов состоит из 3 стадий:
Подготовка поверхности оснований и нанесение присоединительного материала.
ориентированная установка кристалла или платы ГИС на основание
присоединение под механическим давлением, нагревом.
Метод прямого монтажа.
Кристалл или плата ГИС монтируются рабочей поверхностью вверх. Подобный монтаж обеспечивает высокую прочность соединения и теплоотвод.
Закрепление:
1. Использование клеящих свойств некоторых материалов. Позволяет соединять различные по свойствам материала в различных сочетаниях. Используется изоляционный, токопроводной, светопроводной и теплопроводной клей. Качество будет зависеть от свойств клея и от качества поверхностей соединяемых материалов ( чистота, шероховатость итд.)
Для приклейки к керамическим основаниям корпуса используется ВК-2
( кремнеорганич. смола с мелко дисперсионным асбентом в качестве наполнителя .
Используется для микросхем пониженной мощности
Рабочий диапозон -60 - +150 С
Недостатки: высокий ТКР и пониженная теплопроводность ( ее увеличивают наполнители)
Толщина слоя клея (0,1 – 0,05)мм.
ВК-9 – жесткий компаунд
Виксин – эластичный компаунд (для снижения механического напряжения)
Оптимальная толщина: применяется пленочный клей – незаполимиризованный в виде ленты, перед монтажом ее загружают в спирт. Далее термообработка на воздухе в течение 3х часов при 150С
2. Пайка легкоплавкими стеклами.
Для согласования материалов по ТКР.
Стекла отечественные С84, С88
Применяется для крепления керамических, поликоровых и ситалловых подложек.
ТП: наносится паста стекл порошка на поверхность, подвергается сжатию, сушке, охлаждение в печи в атмосфере инертного газа.
3. Пайка металлическими сплавами ( с помощью припоя)
Для получения высокой электропроводности, механической прочности соединений и согласований по ТКР. В качестве сплавов используется золото, олово, свинец-олово, серебро. С температурой плавления 300С
Для повышения адгезия припоя кристалл предварительно металлизируют.
370С имеет эффективный сплав золота (94%) и кремний (6%), для адгезии – золочение поверхности кристалла.
Пайка происходит в конвейерных печах в атмосфере водорода или азот-аргон, помещаются кассеты на которых основания проходят соответствующие зоны нагрева. Далее медленное охлаждение
Метод перевернутого кристалла.
Применяется для монтажа кристаллов с жесткими или балочными выводами.
ТП: С помощью специального оборудования кристалл четко ориентируется относительно выводов корпуса; устанавливается автоматом; прикладывается давление; прикладывается температура
Трудности: Разная высотность выводов. Трудность совмещения их с контактными площадками.
Преимущества: Низкие температурные напряжения. Повышение ремонтопригодности.
«-» низкий теплоотвод.
Состав: меди, покрытая припоем. Мягкие столбиковые выводы на основе олова и свинца.
Присоединение происходит под нагрева, без дополнительного давления.
Позволяет автоматизировать процесс сборки.
Электромонтажные соединения, пайка, термокомпрессионная защита и УЗ сварка
Технологические требования к методам монтажа:
1.Простота самого процесса
2.Отсутствие значительных термомеханических напряжений возникающих при монтаже
3.Возможность автоматизации процесса
4.Воспроизводимость параметров соединений
ТП монтажа:
1.Подготовка поверхности основания и нанесение присоединительного материала
2.Ориентированная установка кристалла или платы ГИС на основание
3.Само присоединение, которое выполняется под механическим давлением и с награвом.
Про пайку см. вопрос «Монтаж полупроводниковыхкристаллов и плат».
Пайка еще применяется при монтаже кристаллов со столбиковыми и шариковыми выводами (перевернутый кристалл).
Методы получения микросварных соединений можно разбить на 3 группы: сварка, пайка, холодные методы соединений.
Типы микросварки (МКС).Наиболее широкое применение у разновидностей микросварки давлением, при которых соединение формируется в твердой фазе за счет сжатия поверхностей и нагрева:
а – ТКС; б – СКИН; в – ЭКОС; г – УЗС.
1.ТКС – термокомпрессионная (давление+температура их одновременно прикладывают)упругие деформации переходят в пластические.
2.СКИН – сварка с косвенным импульсным нагревом
3. ЭКОС – электроконтактная сварка односторонняя сдвоенным (расщепленным) электродом (разновидность контактной точечной электросварки)
4. УЗС –ультразвуковая сварка.
Температура подводится путем нагрева рабочего столика или инструмента, или одновременно столика и инструмента.
СКИН отличается от ТКС тем, что рабочая зона разогревается только в момент сварки импульсом тока проходящего непосредственно через инструмент после приложения давления. Локализация нагрева в зоне МКС существенно уменьшает тепловое воздействие на изделие в целом.
Параметры сварки: давление; температура нагрева; время выдержки под нагревом.
Величина нагрева зависит от механических свойств. Длительность выдержки - от сочетания свариваемых материалов.
Проволочные выводы: золото, алюминий, никель, медные - для ГИС.
Существуют проблемы сочетания материала проводника и контактной площадки. Не все материалы можно сочетать.
«+»ТКС: возможность сварки с миним. толщиной до 5 мкм; относительно невысокая температура процесса; нечувствительность к изменению параметров режимов сварки, все делается автоматически.
'-' : небольшое количество хорошо свариваемых элементов.
++ - свариваемость хорошая; + - удовлетворительная; - - отсутствие свариваемости.
Общим для всех разновидностей сварки является нагрев области соединения. При этом МКС могут быть получены только за счет нагрева и расплавления свариваемых элементов (сварка плавлением) либо за счет нагрева и давления, сжимающего свариваемые поверхности (сварка давлением).
К сварке плавлением относят: сварку электронным и лазерным лучами и электроконтактную сварку (электроконтактную сварку можно отнести и к сварке давлением).
«+» сварки лазерным лучом: более высокое качество контактов из-за более высокой температуры; локальная очистка контакта; лучи расплавляют металлы на очень малой поверхности; удешевление процессов за счет отсутствия технологической оснастки для каждой новой микросхемы. Ограничение по толщине свариваемых элементов (0,15 мкм); зависимость от качества соединяемых поверхностей (брак зависит от чистоты поверхности).В данном методе качество определяется по параметрам механической прочности: проводят испытания соединений на отрыв под различными углами 90°,45°;по формулам оценки прочности; измеряют сопротивление зоны свариваемого соединения с помощью цифрового Омметра; смотрят геометрические размеры зоны контактирования.
Ультразвуковая сварка позволяет соединять все материалы во всех сочетаниях. Физический принцип: в результате возбужд .в зоне контакта упругих колебаний с одновременным приложением давления происходит соединение в результате перехода упругих деформаций в пластические. Параметры: амплитуда ультразвуковых колебаний 0.5..15 мкм; частота 20-200кГц; давление 100 Н/мм2;длительность (0,001-1) сек. Все параметры сильно взаимосвязаны.
«+»:под действие деформаций и УЗ с поверхности материала удаляются пленки загрязнений и окислы металлов; температура в зоне контакта< 50 % от темп. плавления свариваемых материалов.
Амплитуду, частоту колебаний и давление инструмента подбирают опытным путем для каждой пары материалов определенной толщины, так как они определяют динамическую нагрузку, передаваемую свариваемым изделиям в зоне контакта. Так для материалов небольшой толщины (десятки мкм) используют малые амплитудлы0,5..15мкм и повышенные частоты (до 100кГц).
Рабочий инструмент должен быть тщательно закреплен в сварочном устройстве, любое перемещение его относительно свариваемой поверхности приведет к потере части УЗ-энергии и снижению прочности соединения. Инструмент для УЗС алюминиевой проволоки изготавливают из металлокерамических сплавов марок ВК-6М и ВК-3М(стойкость до 30 тыс. сварок).Для сварки золотой проволоки- инструмент на основе карбида титана(марка ТК)-стойкость 80..100 тыс. сварок.
Используется проволока круглого сечения из золота или алюминия или лента прямоугольного сечения. Золото с алюминием образуют соответст. интерметаллические соединения которые хрупкое и пористые.
Сейчас применяют алюминиево-кремниевые соединения - у них прочность выше. В наст. время сварочное оборудование оснащается в основном инструментом с капилляром, хотя встречаются установки с клиновидным инструментом.
Сварка может осуществляется : 1.сварка «внахлестку»-когда капиллярное отверстие, через которое пропускают проволоку расположено под углом к оси инструмента; 2.сварка «встык»-отверстие совмещено с осью и проволока подается под рабочий торец инструмента. Диаметр капиллярного отверстия имеет допуск 3 мкм, обеспечивающий свободное прохождение проволоки и удержание ее на контактирующей части инструмента. В момент промотки проволоки конец проволоки представляет шарик, полученный оплавлением. Этот шарик подводится к контактной площадке.
Основные виды брака при УЗС:
Не схватывается проволока с контактной площадкой кристалла из-за того что: значительная шероховатость напыления; большая толщина окисной пленки на алюминии; наличие на контакте неметаллической пленки (неполное удаление фоторезиста)
Не схватывается проволока с контактной площадкой корпуса
Отказы, вызванные разрушением сварных соединений из-за брака исходных материалов
Сколы контактных площадок из-за дефектов кремния, большой жесткости алюминиевой проволоки и высокой мощности и нестабильности амплитуды УЗ колебаний
Непровары – малая осадка, малая мощность или малое время сварки
Перевар – излишне большая осадка, пережим проволоки иглой или разрушение проволоки около места сварки из-за низкой прочности проволоки или излишней длительности сварки.