М¶Н¶СТЕРСТВО ОСВ¶ТИ ¶ НАУКИ УКРА·НИ

ДЕРЖАВНИЙ ВИЩИЙ НАВЧАЛЬНИЙ ЗАКЛАД

КУРСОВА РОБОТА

Методи приднання виводв в ¶С

ЗМ¶СТ

ВСТУП

РОЗД¶Л 1. ВИГОТОВЛЕННЯ ВИВОД¶В МЕТОДОМ ЗВАРЮВАННЯ

1.1 Термокомпресорне зварювання

1.2 Конденсаторна зварка електроконтактв

1.3 Зварювання тиском з непрямим мпульсним нагрвом

1.4 Контактне зварювання

1.5 Ультразвукове зварювання

РОЗД¶Л 2. ВИГОТОВЛЕННЯ ВИВОД¶В МЕТОДОМ ПАЙКИ ТА СКЛЕЮВАННЯ

2.1 Приднання виводв паянням

2.2.Холодне паяння

2.3 Електричн з'днання за допомогою склеювання

ВИСНОВКИ

Л¶ТЕРАТУРА

ВСТУП

Одню з найважливших операцй завершально стад технологчного циклу виготовлення напвпровдникових приладв та нтегральних схем (¶С)  приднання виводв до готових структур. Монтажн операц, пов'язан з приднанням виводв, здйснюються, по-перше, для створення внутршньосхемних з'днань при монтаж кристалв на пдкладках гбридних плвкових мкросхем  мкроскладок (контактний майданчик кристала при цьому з'днуться з контактним майданчиком пдкладки за допомогою перемички або безпосередньо); по-друге, для комутац контактних майданчикв кристала ¶МС або периферйних контактв гбридних мкросхем  мкроскладок з зовншнми виводами корпусу [1].

При виробництв планарних напвпровдникових приладв для пд’днання ширших виводв до контактних площадок, де використовуться пайка спецальними низькотемпературними припоями та сплавами, а також рзн види зварювання найбльше розповсюджен у виробництв напвпровдникових та оптоелектронних приладв одержали термокомпресорн, ультразвуков методи пд’днання гнучких виводв.

Розвиток мкроелектронки потребу розробки принципово нових методв виконання з’днань в результат рзкого зменшення геометричних розмрв елементв мкросхем  напвпровдникових оптоелектронних приладв. Товщина напвпровдникв, як застосовуються для монтажу в мкроелектронц, склада десятки  сотн мкрон, а товщина активних областей приладв часто становить 0.1 - 10 мкм [2].

Мета роботи: описати найпоширенш методи зварювання та пайки для виготовлення виводв нтегральних схем.

1. ВИГОТОВЛЕННЯ ВИВОД¶В МЕТОДОМ ЗВАРЮВАННЯ

1.1 Термокомпресорне зварювання

Внутршнй монтаж ¶С включа операц по установц, закрпленню ¶С в корпус  виконанню внутршнх електричних з'днань. Внутршн з'днання контактних майданчикв здйснюються з виводами навсних елементв (у гбридних ¶С)  з тонкими перехдними виводами, що йдуть до зовншнх виводв, що виходять з корпусу (рис. 1.1, а).

Для внутршнх з'днань характерний зразкове стократне спввдношення товщини металевих тл, що сполучаються: тяганина даметром 50 мкм  плвки товщиною 0,5 мкм (рис. 1.1, б). Контактний майданчик розташований на золяцйнй або напвпровдниковй пдкладц. Майдан контактного майданчика склада дол мм2. Для виконання таких з'днань найбльш поширена термокомпресорне зварювання.

Рис. 1.1 Мкросхема всередин корпусу (а)  схематичне зображення контактного перехдного вузла (б): 1 – зовншнй вивд; 2 – внутршнй вивд (перемичка); 3 – контактний майданчик; 4 – золятор; 5 – основа корпусу [3].

Назва термокомпресорне зварювання, запропоновано в 1957 р., точно переда  суть: зварка тиском та з пдгрванням. Вона передбача проткання деформац в зон з'днання, що витсня адсорбован гази  дуже тонк жиров  окисн плвки, внаслдок чого вдбуваться «схоплювання» стислих поверхонь. Област схоплювання виникають на длянках, де можлива взамодя мж вльними електронами атомв тл, що сполучаються,  утворення мжатомного зв'язку. Для цього необхдне подолання енергетичного бар'ру пдвищенням енерг атомв. Пдвищення енерг проводять нагрвом  пластичною деформацю. Чим вище температура, тим при меншому тиску зачинаться зчеплення, оскльки полегшуться руйнування окисних плвок. Твердсть ковкого металу зволкання стотно зменшуться, а твердсть окисних плвок з зростанням температури мняться мало. При нагрв в результат збльшення пластичност металу легше утворюються велик поверхн зткнення  знматься руйнвна для шва внутршня механчна напруга. [4]

При термокомпресорному зварюванн метали нагрт до температури стану рекристалзац (вдпалу) tп (≈400°C) або деклька вище, але на 20°С нижче найнижчо температури евтектики системи. При цй температур зчеплення виника при мнмальному навантаженн здавлення, якщо товщина окисно плвки нкчемно мала. У мру потовщення окисно плвки навантаження здавлення повинне зростати для руйнування  витискування осколкв окисно плвки з зони контакту.

Термокомпресорно зварюван матерали класифкують на три групи:

а) метали з хорошою взамною дифузю в твердому стан  створююч тверд розчини Au–Cu (володють якнайкращими зварювальними властивостями);

б) матерали, створююч мж собою низькотемпературн евтектики А1, – Si, Au – Si (володють задовльними зварювальними властивостями);

в) метали, взамна дифузя яких приводить до утворення интерметаличних з'днань  евтектик Au–Al, Al–Sn (володють задовльними зварювальними властивостями лише при виконанн певних умов).

Рис. 1.2 Схема термокомпрес з пдгрванням: 1 - робочий нструмент; 2 - пдгрвач робочого нструменту; 3 - приднувальний провдник; 4 - пдкладка; 5 - пдгрвач пдкладки, встановлений на робочому столику [3].

При температурах вище tп спостергаються процеси, залежн вд часу: повзучсть, рекристалзаця, дифузя. Ц три процеси грають велику роль в утворенн термокомпресйно з'днання, тому тривалсть зварки вплива на мцнсть з'днання.

Аналз металограф зони доброяксного термокомпресорного з'днання показу, що кордон мж зварюваними металами досить чткий, без помтно дифуз одного металу в ншй. Дифузйний процес ма мсце в дуже обмеженй област, оскльки невисока температура мста зварки  короткочаснсть недостатн для проткання глибоко дифуз. Основну роль в змцненн з'днання грають процеси повзучост  рекристалзац.

Рис. 1.3. Умови вибору тиску  температури при термокомпрес методом гарячо голки [3].

Як приклад розглянемо умови виконання термокомпресорного з'днання золотих дротяних виводв даметром 100 мкм з золото-хромовй плвкою на склянй пдкладц (рис. 1.3). З'днання, отриман в област Б, вдрзняються хорошою якстю, х зчеплення перевищу мцнсть на розрив зволкання. Деформаця зволкання склада близько 50%. З'днання, отриман в област А, спочатку характеризуються хорошим зчепленням. Але з-за вживання дуже високого тиску зволкання зазна надлишкову деформацю, в результат незабаром втрача механчну мцнсть  руйнуться безпосередньо бля контактного шва. З'днання в област В, отриман при заниженй температур  тиску, характеризуються слабким зчепленням. [2]

¶нструмент, яким здйснюють термокомпресорне з'днання,  долотоподбною голкою, за допомогою яко притискують зволкання виводу до контактного майданчика на пдкладц. ¶нструмент закрплений на важел, рух якого вд руки оператора регулються пружиною. Жало нструменту ма на кнц виступ, завдяки чому матерал зволкання вдтсняться при тиску по обидв сторони виступу (рис. 1.4). Найбльш важким при виконанн зварки  забезпечення точност установки тиснула. Тиск при термокомпрес склада близько 100 г при даметр контактного зволкання до 50 мкм, тривалсть 1,5 сек. Майдан, займаний контактною зоною, дуже малий. Наприклад, при зволканн 25 мкм майдан склада 150x30 мкм.

Рис. 1.4. Термокомпресорне формування: нструментом з капляром (а)  з виступом (б) [3].

Жало ма бути виконане з матералв, з якими не вдбуваться схоплювання при зварц: з твердого сплаву ВК-15, керамки окислу бериля, молбдену. Метод термокомпрес вимага ретельного контролю основних параметрв процесу: тиску, температури  часу зварки.

Мцнсть зварки оцнються значеннями контрольного зусилля вд 0,3 до 2,5 г, що додаться уздовж ос зволкання  ще не виклика вдривши. Наприклад, для зволкання даметром 25 мкм при з'днанн з товстим зовншнм виводом типова величина контрольного зусилля склада 0,5 г [3].

Таблиця 1.1 Оптимальн режими термокомпресйного зварювання рзних металв [4]

Матерал виводв	Матерал напвпровдника або покриття	Температура нагрвання	Питомй тиск 10-7 н/м2	Деформаця %	Година зварювання
Au	Si Ge Al (напилений) Au (напилене) Au (гальванчне) Ag (впалене)	350 350 250-350 300-350 250-400 400	14-15 10-15 10-15 9-11 10-15 13-14	75 75 30-50 30-50 50-75 90	10 5 5-10 5-20 3-5 10
Al	Si Ge Al (напилений) Au (напилене) Au (гальванчне) Ag (впалене)	440 390 350-400 350 350 400	5 3 6-7 3 3 6-7	90 75 90 75 75 90	30 30 5 20 20 20
Ag	Al (напилений) Au (напилене) Au (гальванчне)	400 350-400 350-400	18-19 14 18-19	70 70 70	20 20 20

1.2 Конденсаторна зварка електроконтактв

Конденсаторна зварка (ЕКС) електроконтактв - це процес отримання нероз'много з'днання нагрвом зварюваних кромок до пластичного стану  подальшим х стискуванням (осданням). Для нагрву зварюваних кромок через них пропускають електричний струм. При цьому кльксть необхдно теплоти можна визначити по наступнй формул (закон Джоуля—ленца): а = 0,24I2Кt (де I — зварювальний струм; К — опр длянки ланцюгу в мсц контакту; t — час д струму). Окрм зварювального струму, який зазвичай склада деклька десяткв тисяч ампер,  тривалсть його проходження, основним параметром зварки електроконтакта : зусилля стискування електродв, яке залежно вд зварюваних матералв склада 1-20 кН. Монолтн електроди виготовляють з бронзи БрБ2, БрХБ або БрНБТ, пдстава; комбнованих — з мд М1, М2 або МЗ, а робочу частку з сплаву ВМ. [7]

Найбльш поширена зварка електроконтакта нерухомими електродами, при якй детал, що сполучаються, встановлюють в спецальне гнздо нижнього електроду, а верхнй електрод при опусканн центру х  стиску з питомим тиском 50—100 Н/мм2 . При роликовй зварц електроконтакта детал, що сполучаються, перемщаються мж двома вращающимися роликами.

ЕКС допуска з'днання тонкостнкових (0,15 мм) балона  нжки, що отримуються штампуванням. У круглому металлостеклянном корпус мцнсть  герметичнсть виводв збльшен за рахунок заполнения склом порожнисто тонкостнно коваровой нжки. Глибоко розташований зварний шов виключа можливсть виплскування металу всередину корпусу. Матерал нжки - ковар, балона - ковар, нкель, сталь 10 (з захисним покриттям). [3]

Напвавтоматична установка конденсаторно зварки УКС-4100 дозволя здйснювати герметизацю круглих корпусв в захиснй атмосфер гелю (витрата 10 л/хв). Завантаження деталей виконують уручну, решта операцй - автоматично. Дапазон зусилля стискування електродв 50—350 кГ. Продуктивнсть установки 500 шт/ч [5].

1.3 Зварювання тиском з непрямим мпульсним нагрвом

Зварювання тиском з непрямим мпульсним нагрвом вдрзняться вд компресйно зварки тим, що розгрвання робочо зони здйснються тльки в момент зварки мпульсом струму, що проходить безпосередньо через нструмент. Завдяки цьому  можливсть отримати вищий локальний нагрв проводника , отже, зварювати малопластичн матерали. Зварювання тиском з непрямим мпульсним нагрвом волод бльш широкими технологчними можливостями  дозволя отримувати яксн соединения золотих, алюмнвих  мдних провдникв (даметром до 100 мкм) з плвками багатьох матералв.

Рис. 1.5. Схема зварки тиском з непрямим мпульсним нагрвом V-подбним нструментом: 1 - робочий столик; 2 - пдкладка або напвпровдниковий кристал; 3 - провдник; 4 - V-подбний нструмент (пуансон); 5 - зварювальна голвка для створення тиску; 6 - джерело живлення; 7 - реле часу [6].

Для виконання зварювання тиском з непрямим мпульсним нагрвом (ЗН¶Н) нструмент повинен мати V-образну форму; причому максимальна температура ма бути на робочому торц. Для нагрву нструменту може бути використаний мпульс постйного або змнного струму. Для пом'якшення термоудара на плвковий контактний майданчик доцльний сопутствующий пдгрвши вироби (тобто робочого столу).

На вдмну вд термокомпрес процес взамно дифуз при ЗН¶Н гра стотншу роль в утворенн з'днання. При виконанн ЗН¶Н на початку прикладаться тиск. Потм через нструмент податься мпульс струму длительностью вд 0,01 до деклькох секунд. Пд дю температури торця нструменту вдбуваться локальне розгрвання дроту, зменшення меж пластичност, осдання дроту  з'днання. При з'днанн, наприклад, алюмнвого дроту з алюмнвою, золотою  мдною плвкою температура в зон зварки повинна складати вдповдно 400, 490  560°С.

1.4. Контактне зварювання

Контактне зварювання розщепленим електродом нагаду термокомпресйне зварювання. Рзниця поляга в тому, що нагрв проводиться пропусканням електричного струму через зону зварки мж зольованими один вд одного половинами електроду (рис. 1.6).

Рис. 1.6. Контактна зварка методом розщеплено голки: 1 – обидв половини розщепленого електроду; 2 – золяця або повтряний зазор; 3 – зволкання; 4 – плвка; 5 – пдкладка; 6 – лн струму [3].

Яксть з'днання залежить вд початкового контактного електропору  опору зварюваних деталей. Контактний опр залежить вд майдану контакту  питомого опору поверхн роздлу. У свою чергу, ц останн чинники залежать вд тиску, шорсткост, оксидв  чистоти поверхн. У зв'язку з цим режим повинен кожного разу ретельно пдбиратися для конкретних умов.

Енергя для нагрву податься у вигляд мпульсв тривалстю 0,01 ск вд конденсатора через мпульсний трансформатор. Тривалсть мпульсу визнача попередн прогрвання мсця зварки, тривалсть само зварки  послесварочный цикл нагрву для вдпалу [3].

1.5 Ультразвукове зварювання

Ультразвукова зварка здйснються при пдведенн до зварюваних деталей енерг механчних коливань ультразвуково частоти з одночасним додатком навантаження (рис. 1.7).

Рис. 1.7. Схема пристрою для ультразвуково зварки: 1 – зволкання виводу; 2 – пдкладка; 3 – контактний майданчик; 4 – голка; 5 – напрям вбрацй; 6 – пдшипник ковзання; 7 – магнитостриктор [3].

Суть методу ультразвуково зварки поляга у виникненн тертя на поверхн роздлу мж тлами, що сполучаються. Передача енерг вд магнтострикцйного перетворювача здйснються за допомогою зварювально голки, яка притиску провдник до контактного майданчика.

Ультразвукову зварку можна порвняти з явищем захоплення  задання мж двома притиснутими один до одного незмащеними поверхнями. Магнтострикцйний перетворювач переда вбрацю на голку так, щоб вона вбрувала паралельно поверхн.

Ультразвукова зварка застосовуться в тих випадках, коли небажане плавлення часток, що сполучаються, а також при зварц металв, що стотно вдрзняються електро  теплопровднстю, при зварц металв з керамкою  стеклам. [5]

Для виконання монтажних з'днань в мкросхемах застосовують ультразвуков генератори потужнстю близько 100 вт на частоту 20 кГц з амплтудою коливання нструменту 10 мкм. Амплтуда коливань ма бути направлена уздовж ос зварюваного дроту для зниження ефекту прослизання.

УЗ зварка застосовна  для виконання з'днань з стеклометаллическими емалевими плвками.

Результатом д ультразвукових коливань  три процеси: зростання майдану контакту, руйнування окисних плвок  нагрв металу в зон зварки, сприяють зварюванню. Розгледимо ц процеси докладнше.

З додатком тангенцального навантаження зачинаться збльшення майдану контакту. У перетинах, паралельних плоскост контакту, з'являться напруга зрушення. В результат кожен контактуючий елемент (мкровиступ поверхн) знаходиться в складному напруженому стан пд дю нормального  тангенцального навантажень. Майдан контакту, коли прикладено ультразвукове тангенцальне навантаження, зроста у деклька разв. Знакозмнна деформаця, що викликаться механчними коливаннями, приводить до появи великого числа плям торкання  до розростання х у вузли схоплювання. [2]

Механчн коливання ультразвуково частоти викликають тертя на поверхнях металв, що приводить до руйнування окисних плвок. Шматочки плвок виштовхуються в зазори мж мкровиступами.

Тертя приводить також до нтенсивного видлення тепла в зон контакту. Пд впливом цього тепла метал мкровиступв переходить в пластичний стан, що за наявност нормальних  тангенцальних зусиль виклика його течю. Утворються область схоплювання за всю площею пд голкою зварювального нструменту.

Частота ультразвукових коливань при зварц контактно тяганини з плвкою мкросхеми не вище 50 кгц. Амплтуда коливань голки склада не бльше деклькох мкрон, щоб не зруйнувати плвку контактного майданчика. Проте для цього потрбно ретельно пдтримувати вибраний режим, що у виробничих умовах скрутно. Ультразвукову зварку найчастше застосовують в лабораторних умовах. [4]

Ультразвукова зварка придатна для м'яких  пластичних металв: золото, алюмню  мдно-марганцевого сплаву, але не для нихрома  танталу.

Основна труднсть ультразвуково зварки поляга в регулюванн тиску, що притиску голку до контактного майданчика. Надмрний тиск роздавлю зволкання виводу або виклика стирання плвки. Малий тиск не приводить до зварки. Тому зручно використовувати для точного регулювання тиску пневматичну систему.

Дефекти з'днань при термокомпрессионной, контактнй  ультразвуковй зварц можна роздлити на три групи:

1) хмчне руйнування з-за неправильно вибрано пари металв виводу  контактного майданчика;

2) розтрскування металево плвки при переход на потовщений контактний майданчик з подальшим перегоранням з-за перегрву в цьому мсц при протканн струму пд час експлуатац мкросхеми;

3) попадання забруднень в зону контакту  фксаця х там, що з часом приводить до мсцевих перегрвв  руйнування контактного шва.

Для контактного майданчика кремнвою ¶С переважно алюмнва плвка, чим золота, оскльки алюмнй в контактнй зон пд час осадження вдбира кисень вд кремню на себе, що забезпечу отримання хорошого омчного контакту. ¶з золотом це не вдбуваться. Крм того, золото ма погану адгезю до кремню, що вимага введення прошарку з ншого металу. Це небезпечно з точки зору можливого розвитку корозйних процесв. Нарешт, золото ма дуже високу мграцйну рухливсть.

Встановлена можливсть вживання вольфраму для контактних майданчикв на кремнвих  скляних пдкладках. Вольфрамовий контактний майданчик ма приблизно такий же електричний опр, як  алюмнва, оскльки отриманий методом вакуумного осадження вольфрам ма вищу щльнсть, нж алюмнй. Поважно, що термчне розширення вольфраму близьке до кремню  до скла, але головна перевага – в його хмчнй стйкост. [7]

Для успшного отримання низкоомных контактв до напвпровдниково пдкладки необхдно, щоб:

1) область контакту напвпровдника мала низький питомий опр (менше 1 ом·см);

2) напвпровдник нагрвався до температури приблизно на 20° З менше температури евтектики сплавв дроту  напвпровдника;

3) до контакту додавався тиск 10 кг/мм2.

Бажано, щоб мсце зварки було захищене атмосферою нертного газу для попередження окислення або забруднення.

Нзкоомни контактн майданчики на кремнвй пдкладц можуть бути отриман або за допомогою неглибоко дифуз (для отримання високо концентрац домшок на поверхн), або за допомогою мкросплаву з поверхнею тонких алюмнвих  золотих плвок.

Можна використовувати обидва методи одночасно. Матерали мають бути вибран з таким розрахунком, щоб усунути отримання випрямляючого контакту, для чого корисно застосовувати золото, леговане домшками n, - або р-типу.

При вибор матералу зволкання  контактного майданчика слд брати до уваги небезпеку появи «пурпурно чуми», що виника при зварц золота з алюмнм. Пурпурна чума  пористими интерметаллические з'днаннями типа Аuхаlу, збагаченими або алюмнм (AuAly), або золотом (Au2Al)  що виникають при безпосередньому контакт алюмню  золота. Вона видно зовн у вигляд облямвки довкола контактно зони  утворються в результат дифуз золота, яка протка повльно при кмнатнй температур  швидко, коли метали нагрт. Збагачене алюмнм мцне з'днання АuAl2 яскраво пурпурного кольору, по фзичних властивостях нагаду метал з хорошою електропровднстю, утворються тльки у вдсутност кремню у склад пдкладки. З'днання AuAl  збагачен золотом з'днання Au2Al Au4Al срблястий-блакитного  жовтого кольору, порист  крихк, з поганою електропровднстю, швидко утворюються в каталтичнй присутност кремню. За участю кремню виходять майже чорн порист з'днання AuxAlySiz. [1]

Зазвичай вся поверхня кремнво пдкладки мкросхеми покрита шаром окислу кремню. Проте в тих випадках, коли окисний шар нанесений недоброяксно, бля контактних майданчикв може бути присутнм вльний кремнй. Крм того, оскльки Аl2O3 стабльнший окисел, нж SiO2 (теплота утворення Аl2O3 значно вища, нж SiO2), алюмнй вдновлю окисел кремню, вивльняючи кремнй, який взамод з золотом  алюмнм.

Швидксть утворення цих нтерметалчних з'днань збльшуться з температурою по експоненцальному закону.

Утворення нтерметалчного з'днання мж золотим дротом  алюмнвим контактним майданчиком виклика появу в цй зон механчно напруги  мкротрщин.

Поверхня роздлу металв служить тим шляхом, по якому вдбуваться мграця золота вд крав интерметаллического зварного контакту в сусдн длянки алюмнво плвки. Серя фотографй, зроблених через певн нтервали часу, показу, як золото проника в алюмнв смужки. Пд час мграц золота його кльксть довкола контактно зони поступово зменшуться, внаслдок чого кнець виводу по всьому периметру контактного шва вдключаться вд провдно смужки, а через деякий час зовсм вддляться вд мкросхеми.

Якщо вивд електрично вдключився вд провдно смужки, але ще не вдокремився вд пдкладки, дефект дуже важко виявити. ¶нколи досить подати на таке напвзруйноване з'днання мпульс напруги, наприклад, при випробуванн, щоб воно тимчасово вдновилося.

Знайден засоби запобгання масовим вдмовам таких з'днань. Якщо до приднання дротяних провдникв алюмнй окислювати, нтенсивнсть вдмов з'днань зменшиться, оскльки шар оксиду перешкоджа мграц.

Нанесення шаруючи з третього металу на поверхню алюмню також да можливсть запобгти мграц [3].

Таблиця 1.2. Зварнсть матералв при рзних методах мкрозварки [5].

Матерал контактного майданчика  пдкладки

Методи зварки  матерали дротяних виводв

Термокомпреся

Зварювання тиском з непрямим мпульсним нагрвом

Контактне зварювання

Ультразвукове зварювання

Аu

А1

Сu

Аu

А1

Сu

Аu

А1

Сu

Аu

А1

Сu

Золота плвка з пдкладкою нихрома на сталлю або скл

++

+

++

++

+

++

++

++

++

+

Мдна або нкелева плвка з пдшаром нихрома на ситалле .

++

+

++

++

+

++

+

++

+

+

Алюмнва плвка на скл

++

+

+

+

+

+

++

+

Примтка. ++ зварюються добре; + - зварюються задовльно; - не зварюються.

2. ВИГОТОВЛЕННЯ ВИВОД¶В МЕТОДОМ ПАЙКИ ТА СКЛЕЮВАННЯМ

2.1 Приднання виводв паянням

З'днання паянням передбача участь третього металу в рдкому стан, який змочу метали, що сполучаються,  при тверднн утворю металевий зв'язок. Паяння може бути гаряча (розплавленими припоями)  холодна (за допомогою амальгами або галю).

Основною умовою створення паяного з'днання  взамодя рдкого припою з поверхнею чистих металв, що сполучаються. Змочування  неодмнною умовою утворення паяного з'днання. Ступнь змочування  розткання залежить вд виду контактуючих металв, стану поверхн (наявнсть оксидв, шорстксть), а також умов паяння (температура, газова середа, тривалсть паяння). Флюси, вживан при паянн, не лише розчиняють оксиди на поверхн твердого металу. Будучи поверхнево-активними речовинами, вони зменшують поверхневе натягнення припов, сприяють полпшенню змочування  розткання, передач тепла на всю зону паяння.

При змочуванн припом виника взамодя, що приводить при тверднн до освти зв'язку мж кристалтами. Можуть спостергатися три види цього зв'язку: розчиненням, хмчною взамодю, утворенням металевих зв'язкв. Взамодя розчиненням слд уникати при паянн до тонких плвок, це може викликати розчинення вс плвки в припо. З ц точки зору для паяння переважн не золот контактн майданчики, як в раз термокомпресонних з'днань, а мдн. Золота плвка завтовшки до 50 нм повнстю розчиняться в припо ПСК. Зменшення небезпеки розчинення досягаться попереднм введенням в припй присадки (2 – 3 %) того металу, з якого складаться плвка. [5]

Хмчний зв'язок виника з утворенням перехдного шару у вигляд хмчно сполуки припою з металом. Це спостергаться при паянн мд оловом, коли утворюються мцн нтерметалчн з'днання Cu6Sn5  Cu3Sn. Утворення хмчного зв'язку вимага присутност в припо легуючих присадок, сприяючих утворенню дуже тонкого перехдного шару твердого розчину з металом.

Взамодя через металев зв'язки спостергаться при хорошому змочуванн. При паянн ¶С цей механзм найбльш щадний по вдношенню до плвки  тому переважний. Для розвитку саме цього механзму взамод необхдна короткочаснсть паяння  вузький нтервал температури.

Сплави, в яких вдбуваться одночасна за всм обсягом кристалзаця компонентв при найнижчй для дано системи температур, називають евтектичними (рис. 2.1).

Рис. 2.1. Даграма стану системи свинець – олово:

α – кристали твердого розчину Sn в Pb;

β – кристали твердого розчину Pb в Sn; ж – рдка фаза [3].

Евтектична крапка на фазовй даграм станв характерна стрибкоподбним  повним переходом з рдко в тверду фазу при охолоджуванн сумш. Вдхилення вд цього складу приводять до того, що ще до твердння припою вдбуваться спонтанна кристалзаця одного з компонентв. Зовн це виявляться в повльному тверднн загусаючого сплаву. Якщо у цей момент паяний шов потривожити незначною механчною дю, то миттво наста спльна кристалзаця припою з видленням крупних кристалв, погано зв'язаних мж собою. Такий паяний шов не можна вважати за надйний. В раз евтектичного сплаву твердння вдбуваться без спонтанно кристалзац. Евтектичний сплав ПОС - 61 ма найменшу температуру плавлення, найменшу пористсть, якнайкращ каплярн властивост з припов ПОС. [2]

Припй для паяння ¶С повинен володти нижчою температурою плавлення, чим припй ПОС - 61. Таким , наприклад, потрйний олов'яно-свинцевий индиевий припй (37,5% Sn, 37,5 Pb, 25% In) з tпл = 135°C.

Флюси, вживан при паянн повинн задовольняти наступним вимогам:

1) розчиняти дуже тонку окисну плвку;

2) захищати вд окислення пд час паяння;

3) змочувати поверхн основного металу  рдкого припою  знижувати поверхневе натягнення припою (що полегшу його розткання за площею паяного шва);

4) вирвнювати передачу тепла в зон паяння;

5) залишок флюсу  продукти його розкладання повинн переходити на поверхню припою, як тльки припй утворю сплав з основним металом,  легко вддалятися псля паяння;

6) при розкладанн флюсу не повинно утворюватися газв, руйнвних сусдн поверхн.

Найбльш поширений канфольний флюс, вживаний у вигляд 30 %-ного спиртного розчину. При нагрванн пд час паяння канфоль розкладаться, видляючи абтивну кислоту (С20Н30О2), яка розчиня слди оксидв в зон паяння. У холоднй канфол ця кислота нейтралзована терпентином, що входить до складу канфол.

Розглянемо деяк практичн зображення за технологю паяння до ¶С. Перш за все мають бути прийнят заходи для забезпечення хорошо адгез плвки контактного майданчика до пдкладки. Наприклад, для контактних майданчикв часто застосовують осадження мд з пдшаром хрому, нхрому або з присадкою 4% Mn. При випар медномарганцевого сплаву спочатку випаровуться марганець, створюючи пдшаровуй з хорошою адгезю до скла, поверх якого ляга шар мд.

Паяння виводв до плвки може здйснюватися або ндивдуально, локальним нагрвом кожного контактного вузла, або груповим методом – вс вузли вдразу. У першому випадку використовуться мнатюрний паяльник олвцевого типа вагою до 10 г  завдовжки 150 мм на напругу 6 В. Температура жала управляться термопарою  пдгрвачем, розташованими усередин тиснула,  пдтримуться на 10 – 20С° З вище за температуру плавлення припою. Паяння виконують пд бнокулярним мкроскопом. В такий спосб можливе приднання дротяних виводв даметром 25 – 50 мкм з золота, мд, позолоченого ковара до плвок Al, Ag, Cu. [4]

При груповому метод вся мкросхема повинна допускати нагрв в нейтральнй газовй серед, у вакуум або в рослиннй ол до 210°С з витримкою при цй температур 30 сек. Для групового методу паяння необхдно застосовувати навсн елементи з кульковими або балочними виводами (рис. 2.2) (наприклад, конденсатори К-10-9-м розмром 1 x 2 x 2 мм  мкстю до 0,1 мкф) [7].

Рис. 2.2. Кульков виводи на навсних елементах для виконання з'днань груповим паянням: 1 – навсний елемент; 2 – «кульковий» вивд (висота »40 мкм, даметр ≈150 мкм) з оплавленим шаром припою ≈10 мкм, 3 – контактний майданчик [3].

Групов методи виконання з'днань мають велике значення в технолог ¶С. При ндивдуальному метод трудомстксть операцй по з'днанню виводв дуже велика: потрбний в три рази бльше що працюють, чим на виготовлення самих структур ¶С [3].

2.2 Холодне паяння

Холодне паяння здйснються за допомогою сплавв з ртуттю (амальгама) або з галм. Обидва види сплавв тверднуть при кмнатнй температур. На контактний вузол наносять сплав, який при витримц в притиснутому стан твердне. При холодному паянн потрбний збльшений майдан контактних поверхонь обох тл, що сполучаються. Метод холодного паяння застосовний тльки для кулькових виводв, як дозволяють забезпечити необхдне зусилля притиснення.

Сплави готують розчиненням металевого порошку в ртут або в галю. З часом (деклька годин) вдбуваться розчинення металу порошку  приповерхового шару тл, що сполучаються, в рдкому метал. Це приводить до пдвищення температури плавлення виникаючого сплаву вдповдно до даграми стану системи. Чим вище дисперснсть порошку, тим процес протка швидше. [6]

Термостйксть з'днання виходить високою, бльш 500°С. ¶стотно вдзначити, що при тверднн сплави з галм збльшуються в об'м приблизно на 10 %, що сприя заповненню зазору мж поверхнями, що сполучаються, якщо прикладений зовншнй тиск [7].

Србна амальгама (52 % вага Ag) твердне при 25°С за 3 ч, мдний склад з галм (66 % вага Cu) твердне при тй же температур за 4 ч [3].

2.3 Електричн з'днання за допомогою склеювання

Особливе мсце займа завдання контакту з такими плвковими ¶С, як мстять дуже велике число контактних майданчикв, розташованих в однй плоскост  розсяних за площею. Наприклад, в матриц магнтно пам'ят пристрою, що запам'ятову, ндивдуальний контакт кожного провдникового виводу украй трудомстко  приводить до конструкц, що мстить клубок тонких проволкав. Принципово нший пдхд до ршення задач поляга в використання гнучкого друкарського шлейфу. Шлейф повинен мати необхдний малюнок приднуваних до матриц дротв, що закнчуються контактними площадками, як повинн поднуватися з вдповдними контактними майданчиками матриц.

Конструкця може бути технологчно реалзована при використанн золяцйного клею.

Контактне з'днання золяцйним клем без провдного наповнювача можливо, якщо при склеюванн рдкий клей видавлються з контактно зони так, що що пдлягають з'днанню провдники зближуються до появи електричного контакту. [5]

Механчне з'днання контактного вузла виника приклевши мкрорельфу, що знаходиться в западинах,  по периметру контактного вузла. Механчна напруга, що виника при усадц клевши, забезпечу стягання  щльне притиснення металевих поверхонь один до одного.

Розглянемо фзичну картину того, що стосуться об'много провдника з фольги або дроту з плвковим. Деформацю плвки на твердй пдкладц можна нехтувати. В результат розгляду пдляга механчний контакт пластичного металу фольги або зволкання з жорсткою гладкою пдставою.

Рис. 2.3. Електричний контакт мж стискуваними металевими поверхнями: а – поперечний перетин контакту (у план); б – подовжнй перетин контакту; 1 – область торкання; 2 – лня струму; 3 – стягання лнй струму  утворення опору стягання; Sк – контурний майдан контакту; Sф – майдан фактичного торкання [3].

Прилплення при здавленн, як  при термокомпрес, спочатку вдбуваться на окремих длянках поверхн. Сила зчеплення пропорцйна сумарно майдани металевих плям торкання (рис. 2.3).

Притиснут один до одного поверхн зачинають контактувати в окремих плямах торкання, розташованих в певних областях. Величина  розташування областей торкання залежить вд хвилястост поверхн, тод як величина  розташування плям торкання визначаться мкрошорсткостями.

У мру збльшення стискуючого зусилля вдбуваться зближення поверхонь за рахунок пружно деформац виступв мкрорельфу, в зткнення входить все бльше число виступв. Подальше збльшення навантаження приводить до пластично деформац виступв, першими що вступили в контакт,  до пружно деформац нижчих виступв.

Процес пластично деформац виступв супроводиться змцненням, поцьому вдбуваться х вмятие в основний метал. [2]

Зближення абсолютно чистих металевих поверхонь на вдстань в пару десяткв ангстрема приводить до появи вандерваальсовых сил взамод. Подальше зближення до вдстан в деклька одиниць ангстрема приводить до появи атомарних металевих зв'язкв.

Проте виникле зчеплення псля зняття навантаження. Найменше електричний опр виходить при розчеплвуванн одного контактного провдника на деклька паралельно сполучених.

Головним достонством методу склеювання непровдним клем  можливсть групового контакту.

До недолкв методу слд вднести необхднсть захисту плвок мкросхем вд усадкових зусиль клейового прошарку.

Для ндивдуального виконання електричних з'днань застосовують кле з провдним металевим наповнювачем, що  полмерний варант толстопленочных композицйних склоемалей. Провдний клей називають контактолом.

Контактоли мають питомий опр р = 5х xl0-4 ом·cм. Контактол К-13б розроблений для виконання з'днань по поверхнях, лудженим припом ПОС-61. У нм застосований србний порошок, отриманий вдновленням муравнокислим (HCOONa)  двовуглекислим (NaHCO3) натрм азотнокислого србла (AgNO3). Як днальний використаний лак АК-113, розчинний в органчному розчиннику (циклотексаноне). Щоб зменшити швидксть згущення при зберганн з-за висихання розчинника, приготований контактол до вживання збергають в ексикатор, на дно якого налитий розчинник, що створю у об'м ексикатора атмосферу з його пари. Температура збергання ма бути нижче за нуль. Щоб при нанесенн зменшити шкдливий процес загусання до моменту формування крапл в зон контактного майданчика, контактол наносять з попотужнстю шприца. Це дозволя наносити краплю, дозовану за об'мом, що ма важливе значення для забезпечення якост контактного з'днання. Якщо крапля опиниться дуже великий, то вона може не затвердти псля засихання зовншнй област. Таке ж явище станеться при швидкй гарячй сушц (75°С) без витримки на повтр протягом 1 години. Таке з'днання буде недоброяксним. Гарячу сушку проводять тривало, приблизно 16 годин [3].

ВИСНОВКИ

1. Найпоширеншими методами зварювання :

- термокомпресорне зварювання;

- конденсаторна зварка електроконтактв;

- зварювання тиском з непрямим мпульсним нагрвом;

- контактне зварювання;

- ультразвукове зварювання.

2. Будь-який метод з’днання, який застосовуться у виробництв напвпровдникових приладв й нтегральних схем, повинен задовольняти наступним вимогам:

-Мцнсть з’днань повинна бути не нижчою, нж мцнсть з’днуваних елементв.

-З’днання повинн мати мнмальний опр.

-Основн параметри процесу з’днання (температура нагрву, питомий тиск, тривалсть витримки) повинн бути мнмальними, щоб не спричинити пошкоджень активно област напвпровдникового приладу.

-Можливсть з’днання найрзномантнших сполук матералв.

-Псля процесу з’днання не повинно залишатися матералв, як викликають корозю.

-Яксть з’днань повинна контролюватися простими  надйними методами.

Л¶ТЕРАТУРА

Волков, В.А. Сборка и герметизация микроэлектронных устройств/ М.: Радио исвязь, 1982г. – 354с.

Волков, В.А. Современные проблемы сборки и герметизации микроэлектрон ных устройств, 1990г, - 280 с.

Сборка и монтаж интегральных микросхем : учебное пособие / М. П. Романова. – Ульяновск : УлГТУ, 2008. – 95 с.

Гусв В.П. "Технологя радоапаратобудування". М.:"Вища школа"–1972р., - 235 с.

http://www.svarkainfo.ru/rus/technology/otherwelding/microweld

http://svar-tech.com/11/113/191-svarka-v-mikrojelektronike.html

Назаров Г.В., Гревцев Н.В. Сварка и пайка в микроэлектронике. - Москва: Советское радио, 1969