Сварка электрических проводников, микросхем

• Название: Сварка электрических проводников, микросхем
• Дата: 09.12.2020
• Размер: 43.79 Kb.
• Имя файла: 66.docx
• Тип: Документы; #158693

Сварка электрических проводников, микросхем

Основные способы сварки электронных схем. Метод соединения микросхем дол­жен удовлетворять следующим требованиям: прочность соединения должна быть близка к прочности соединяемых элементов микросхем; соединение должно иметь минимальное омическое сопротивление; основные параметры процесса соединения (температура нагрева, удельное давление и длительность выдержки) должны быть минимально возможными, с тем чтобы не повреждались элементы
ров; после соединения не должно оставаться материалов, вызывающих коррозию; качество соединений должно контролироваться простыми и надежными методами.

Из общеизвестных способов сварки при производстве микроэлектронных схем применяют контактную точечную, ультразвуковую, холодную, диффузионную, электронно-лучевую, лазерную, аргонодуговую и микроплазменную.

Специально для целей монтажа микросхем разработано несколько ориги­нальных способов микросварки давлением: термокомпрессия, сварка давлением с косвенным импульсным нагревом (СКИН), ультразвуковая сварка с косвенным

импульсным нагревом (УЗСКН), одно­сторонняя контактная сварка (точеч­ная и шовная).

Термокомпрессия — способ соеди­нения металлов с металлами и неме­таллами давлением с подогревом при относительно невысоких удельных да­влениях.

По терминологии, принятой в свар­ке, более правильно термокомпрессию называть микросваркой давлением с подогревом соединяемых деталей.

Один из соединяемых материалов (обычно вывод) при термокомпрессии должен обладать достаточно высо­кой пластичностью. Температура при

Рис. 122. Основные типы термоком­прессионных соединений:

а — соединение в виде плоской сварной точки (термокомпрессия клином); 1 — ин­струмент; 2 — проволока; 3 — подложка; б — соединение встык с образованием ша­рика; в — соединение с ребром жесткости (термокомпрессия инструментом с канав­кой); г — соединение типа «рыбий глаз» (термокомпрессия инструментом с высту­пом) термокомпрессии не превышает температуры образования эвтектики соединяемых материалов и обычно равна температуре отпуска или отжига более пластичного металла.

Термокомпрессией можно соединять мягкие высокоэлектропроводные ма­териалы в виде круглых и плоских проводников с полупроводниковыми материа­лами и электропроводными тонкими пленками, напыленными на хрупкие диэлек­трические подложки. Основные типы термокомпрессионных соединений показаны на рис. 122.

Термокомпрессия является наиболее распространенным способом монтажа полупроводниковых микроприборов и интегральных схем в разнообразных кор­пусах гибкими проволочными проводниками.

Основными параметрами режима термокомпрессии с использованием стати­ческого нагрева являются усилие сжатия (давление р), температура нагрева соединения или инструмента Т, длительность выдержки под давлением t.

Выбор давления определяется допустимой деформацией присоединяемого проводника и допустимым механическим воздействием на полупроводниковый прибор.

Усилие сжатия выбирают в зависимости от пластичности проводника, соче­тания свариваемых материалов, диаметра проволоки и торца инструмента.

Давления при сварке алюминиевого проводника составляют 4—8 кгс/мм2 и при сварке золотого проводника 10—14 кгс/мм2.

Длительность выдержки устанавливается в зависимости от сочетания сва­риваемых материалов и определяется экспериментально путем оценки прочности соединений и может колебаться от 0,1 с до нескольких секунд.

Сварка давлением с косвенным импульсным нагревом (СКИН). Схема СКИН V-образным инструментом (пуансоном), нагреваемым импульсно проходящим по нему током, показана на рис. 123. Способ можно с успехом применять при монтаже гибридных интегральных схем. Он находит широкое применение в ин­тегральных микросхемах, которые не допускают общего разогрева. Этим спосо­бом можно сваривать золотые, алюминиевые и медные проводники диаметром 20—100 мкм с разнообразными пленками, напыленными на диэлектрические или полупроводниковые подложки. При правильно подобранном режиме можно обеспечить высокое качество соединений и достаточно хорошую стабильность.

Односторонняя контактная сварка (рис. 124) — распространенный способ соединения различных электронных компонентов.

Рис. 123. Схема сварки дав­лением с косвенным им­пульсным нагревом V-образ­ным инструментом:

/ — рабочий столик; 2 — под­ложка или полупроводниковый кристалл; 3 — проводник; 4 — V-образный инструмент (пуан­сон); 5 — сварочная головка для создания давления; б — источ­ник питания; 7 — реле времени

При односторонней точечной контактной сварке (рис. 124, а) один электрод прижимает проволоку или ленту к контактной площадке, а второй электрод слу­жит для подвода сварочного тока к контактной площадке. Этот способ применяют для сварки весьма тонких проводников (круглых и плоских) с относительно тол­стым материалом и для сварки проводников с электроосажденными пленками толщиной около 20 мкм.

Для присоединения круглых и плоских выводов навесных элементов к тон­ким пленкам на хрупких подложках и к печатному монтажу применяют контакт­ную сварку сдвоенным электродом (рис. 124, 6) и сварку строенным электродом трехфазным током (рис. 124, в).

При односторонней сварке сдвоенным или’строенным электродом электроды устанавливают на верхнюю привариваемую деталь (проволоку, ленту) и прижи­мают к нижней детали. Таким способом можно с успехом приваривать провод­ники диаметром от 20 до 150—250 мкм из Аи, Си, Ag и других металлов к тонким пленкам на керамических подложках.

Одностороннюю шовную сварку коническими роликами применяют для герметизации металлостеклянных и металлокерамических корпусов микросхем металлическими крышками.

Ультразвуковая микросварка и комбинированные способы сварки успешно используются при изготовлении гибридных схем, транзисторов и интегральных схем. В микроэлектронике используются следующие способы ультразвуковой и комбинированной микросварки: сварка продольными и продольно-поперечными колебаниями (рис. 125, а); сварка крутильными колебаниями (рис. 125, б); сварка с косвенным импульсным нагревом (УЗСКН) (рис. 125, в); термокомпрессия с ультразвуком.

Основными параметрами процесса при ультразвуковой микросварке являются амплитуда колебаний рабочего торца инструмента, которая зависит от электри­
ческой мощности преобразователя и конструктивного исполнения колебатель­ной системы; усилие сжатия свариваемых элементов; длительность включения ультразвуковых колебаний. При комбинированном методе сварки (УЗСКН) регулируемыми параметрами также являются температура нагрева инструмента или изделия, время относительного смещения импульса ультразвука и нагрева.

Процесс ультразвуковой микросварки продольными и продольно-попереч­ными колебаниями характеризуется малыми амплитудами колебаний (1—10 мкм) и относительно большими удельными давлениями (0,5—1 ас свариваемого мате­риала).

Ультразвуковую микросварку применяют для выполнения монтажа гибкими проводниками, присоединения кристалла к корпусу, беспроволочного монтажа

нои сварки:

а — односторонняя точечная сварка:

/ — электрод для сжатия свариваемых дета­лей и подвода тока к проволоке: 2 — электрод для подвода тока к шине печатной платы; 3 — контактная площадка или шина печатной платы; 4 — диэлектрическое основание печат­ной платы; 5 — привариваемая проволока или лента; бив — односторонняя сварка соответ­ственно сдвоенным электродом (с параллель­ными зазорами) и строенным электродом трех- „фазным током (/ — электроды; 2 — привари­ваемый проводник; 3 — тонкая металлическая пленка; 4 — диэлектрическая подложка); г — односторонняя шовная сварка — пайка коническими роли­ками: 1 — конические ролики; 2 — сварочный трансформатор; 3 — крышка корпуса; 4 — металлическая рамка; 5 — керамическое основание корпуса микросхемы

интегральных схем методом «перевернутого кристалла», присоединения плоских выводов к кремниевым кристаллам диодов.

Холодная сварка осуществляется за счет пластической деформации свари­ваемых деталей под действием давления без дополнительного подогрева. Для по­лучения высококачественного сварного соединения при холодной сварке необ­ходимо обеспечить точную сборку и чистоту свариваемых поверхностей и необ­ходимую степень деформации, зависящую от соединяемых металлов (от 35% для сочетания золото + золото до 80% для сочетаний медь + медь, медь + ковар и ковар + ковар.) В микроэлектронике этот способ применяется для гер­метизации металлостеклянных корпусов приборов.

Микросварка давлением с образованием эвтектики заключается в нагреве деталей до температуры образования эвтектики соединяемых материалов при одновременном сжатии и подаче колебаний (при необходимости). Способ наиболее приемлем для непосредственного присоединения плоских золоченых выводов к полупроводниковым кремниевым кристаллам, если требуется сравнительно большая площадь контакта (0,2—2 мм^), при соединении кристаллов интегралу-
ных схем с золоченой поверхностью корпуса, при соединении медных лепестко­вых выводов, покрытых оловом, с золочеными выступами на кристалле ИС.

Микроплазменная сварка является разновидностью сварки плавлением. Отличительная особенность процесса — создание ионизированного потока инерт­ного газа [смесь аргона с гелием (до 70%), с водородом (до 10—15%) или азотом}. Расплавление металла происходит сжатой дугой прямого действия и потоком плотной ионизированной плазмы. Этот способ сварки применяется для гермети­зации копусов приборов из ковара или никеля толщиной 0,1—0,3 мм. При этом сила тока составляет 5—10 А, скорость сварки 15—150 м/ч.

а — для ультразвуковой сварки продольны­ми (продольно-поперечными) колебаниями:

/ — магнитострикционный преобразователь; 2 — волнсвод; 3 — опора и устрой­ство для создания усилия сжатия; 4 — сварочный инструмент (наконечник); 5 — свариваемые детали; 6 — опора для крепления деталей; 7 — обмотка возбуж­дения; 8 — обмотка подмагничивания; б — для ультразвуковой сварки крутиль­ными колебаниями: / — преобразователь; 2 — обмотка возбуждения; 3 — кон­центратор; 4, 5 — волноводы; 6 — стержень, совершающий крутильные колеба­ния; 7, 8, 9 — свариваемые изделия; 10 — столик; // — спираль для нагрева; в — для ультразвуковой сварки с косвенным импульсным нагревом: / — магнито­стрикционный преобразователь; 2 — волновод; 3 — сварочный инструмент; 4 — источник питания для нагрева сварочного инструмента

Лазерная сварка находит применение при монтаже различных элементов радиоэлектронной техники и при герметизации корпусов. Для микросварки наи­более широко используются лазеры на твердом теле (стекло с неодимом, алюмо — иттриевын гранат) с энергией излучения 2—30 Дж и длительностью импульса 1—10 мс.

Электронно-лучевая сварка успешно применяется для герметизации радио­электронных устройств в металлостеклянных корпусах. Обычно используется импульсная сварка при ускоряющем напряжении 20—100 кВ и силе тока в луче до нескольких десятков миллиампер.

Диффузионная сварка в вакууме и в водороде начинает применяться в произ­водстве микросхем для сварки термокомпенсаторов кристаллов и на других операциях.

Выполнение соединений в микросхемах. Применяется несколько схем мон­тажа полупроводниковых приборов и интегральных схем, в которых для соеди­нения используются различные способы микросварки.

Наиболее широко распространенной схемой монтажа является соединение контактных площадок полупроводникового кристалла прибора, полученного
по планарной технологии, с внешними выводами корпуса с помощью гибких проводников. Один конец круглого проводника из алюминия или золота диамет­ром 10—300 мкм должен быть приварен к тонкой металлической пленке из алю­миния или золота, напыленной на окисленный кремний, а другой — к золоче­ному или алюминированному ковару или к золоченой толстой пленке на керами­ческом основании корпуса.

При сборке кремниевых бескорпусных диодов плоские медные золоченые выводы присоединяют непосредственно к полупроводнику микросваркой давле­нием с образованием эвтектики.

Последовательность выполнения операций монтажа проволочных соедине­ний между контактными площадками интегральных схем или транзисторов и

выводами корпуса различными спосо­бами приведена в табл. 33.

При сварке термокомпрессией, кос­венным импульсным нагревом и ультра­звуком можно применять все варианты монтажа. При односторонней контакт­ной сварке приемлемой является толь­ко сварка внахлестку по первым двум вариантам.

1 2 3 4 Рис. 127. Схема монтажа навесных элементов на печатные платы:

В гибридных интегральных схемах гибкие проводники сваривают с метал­лическими пленками (тонкими и толстыми), напыленными или выращенными галь­ванически на диэлектрических подложках (ситалл, поликор, алюмокерамика).

Разработаны и начинают широко применяться в промышленности беспро­волочные методы монтажа интегральных схем, позволяющие максимально авто­матизировать процессы их сборки. Беспроволочный монтаж выполняется по не­скольким схемам, отличающимся конструктивным исполнением соединяемых элементов (рис. 126).

Наибольшее развитие получил способ монтажа лепестковых («паучковых») выводов к кристаллу и внешним выводам корпуса или контактным площадкам керамической подложки (рис. 126, а).

Для присоединения навесных элементов в гибридных схемах широко исполь­зуется монтаж способом «перевернутого» кристалла с контактными выступами (столбиками) на подложке или кристалле (рис. 126, б). Находит применение и способ монтажа с балочными выводами, причем эти выводы могут быть как на кристалле полупроводникового прибора, так и на подложке гибридной схемы (рис. 126, в). При беспроволочных способах монтажа сваривают разнообразные сочетания материалов (А1—Al, А1—Аи, Аи—Аи, Си—Sn—Аи и др.) и применяют различные типы соединений. При этом используются в основном групповые спо­собы сварки (пайки), которые требуют более тщательного подхода к разработке и применению способов микросварки и рабочего инструмента.

Все способы беспроволочного монтажа разрабатывались в первую очередь с целью повышения производительности и надежности микросхем и снижения стоимости сборки и монтажа ИС и ГИС.

Монтаж навесных элементов с плоскими выводами в схемах на печатных платах выполняется несколькими способами сварки (или сварки-пайки) по двум вариантам (рис. 127): сварка плоских выводов приборов с токоведущими дорож­ками диэлектрической подложки (рис. 127, а) или с штырями, запрессованными в отверстия платы (рис. 127, б).

При монтаже навесных элементов на печатные платы могут быть применены следующие способы микросварки давлением: двусторонняя контактная точечная; односторонняя точечная сдвоенным электродом; ультразвуковая.

Из-за отклонения размеров выводов, токоведущих дорожек на подложке, толщины покрытия и т. д. для сварки плоских выводов обязательно применяют

автоматическую подстройку режима в про­цессе сварки.

Параметры режимов сварки и свари­ваемость материалов микросхем. Свойства микросварных соединений, выполненных различными способами микросварки, за­висят от следующих основных групп фак­торов:

сочетания свариваемых материалов, стабильности их механических свойств и состояния соединяемых поверхностей;

воспроизводимости параметров про­цесса сварки и эффективности применяе­мых систем регулирования и управления;

типа рабочего инструмента, обеспечи­вающего получение сварных соединений необходимой формы.

Трудности создания соединений в электронных микросхемах заключаются в специфике элементов и особенностях кон- тактируемых пар: чрезвычайно большая разница в толщинах соединяемых элементов (проводники диаметром 20—750 мкм и пленки толщиной < 1 мкм) и большое различие физических свойств свариваемых элементов.

Для сварки проводников с тонкопленочными контактными площадками, напыленными на разнообразные подложки, применяется несколько способов в зависимости от сочетания свариваемых материалов выводов и контактных пло­щадок (табл. 34).

При сварке проводников с металлическими пленками на изоляционных подложках из стекла, ситалла, керамики необходимо создать такой цикл нагрева свариваемых деталей, при котором не происходит разрушения подложки в зоне в результате термического удара.

Наиболее приемлемый термический цикл нагрева и охлаждения подложки в зоне сварки показан на рис. 128.

При монтаже выводов навесных элементов на печатные платы, которые нельзя нагревать до высокой температуры, требуется выполнять сварку при минимальной длительности импульса (менее 3—5 мс).

Наиболее распространенным способом соединения при монтаже приборов в корпусе проволочными выводами остается термокомпрессия (табл. 35).

При термокомпрессии круглых проводников с металлическими пленками существует область оптимальных параметров режима (температура и усилие сжатия), в которой обеспечивается максимальная прочность сварных соедине­ний. Величина этой области зависит от сочетания свариваемых материалов и типа рабочего инструмента.

35. Ориентировочные режимы термокомпрессии некоторых сочетаний материалов Материал проводника Материал полупроводника или покрытия Параметры режима Температура нагрева, °С Давле­ ние, кгс/мм* Длительность сварки, с Золото Кремний Германий Алюминий, напыленный на Si02 Золото, напыленное на Si02 350—380 300—350 280—320 250—370 6—10 6-10 6—10 6-10 < 10 < 5 0,05-2 Алюминий Кремний Германий Алюминий, напыленный на Si02 Золото, напыленное на Si02 400—450 300—400 350-370 250-370 4-7 4-7 4—7 4-7 < 30 ОД—1,0 0,2-1,0 Примечание. Для конкретных условий режим гермокомпрессии следует уточ­нять на технологических образцах с контролем прочности соединений.

Как и при термокомпрессии, при СКИН для каждого сочетания свариваемых материалов существует определенная область значений параметров режимов, в которой можно получить оптимальные свойства (прочность) сварных соедине­ний (табл. 36).

36. Оптимальные режимы СКИН для некоторых сочетаний свариваемых материалов Сочетание материалов Технологические параметры процесса … Опти­мальная деформа­ция є, % Проводник Пленка на ситалле Гк* °С Р, кгс/мм2 / г и’ L Аи, ф 24—80 мкм А1, ф 30—100 мкм Си, ф 30—80 мкм Au, А1, Си, Ni Аи, А1 Аи, Си 300—550 350—520 400-650 8-14 3-8 15-20 0,1-0,5 50—60 60—70 К—65 0,1—1,0

Для соединения проводников из меди, золота, никеля, ковара и золоченого ковара толщиной 30—100 мкм с контактными площадками на диэлектрических подложках наиболее преспективным методом является односторонняя контакт­ная сварка (табл. 37).

Ультразвуковой микросваркой соединяются круглые и плоские проводники с различными тонкими пленками, нанесенными на подложки из полупроводни­ковых или керамических материалов. Наиболее эффективно ультразвуковая сварка применяется для соединения трудносвариваемых другими способами материалов (алюминиевая, танталовая или ниобиевая пленка на керамических подложках с алюминиевым проводником и пр.).

При всех способах сварки круглых и плоских проводников к тонким плен­кам на различных подложках прочность соединений в зависимости от техноло­гических параметров имеет экстремум, который определяется величиной дефор­мации проводника и характером разрушения соединения (по проводнику, с вы — рывом пленки, по плоскости соединения проводника с пленкой).

На рис. 129 показано влияние основных параметров ультразвуковой сварки (длительности t, усилия сжатия FCB и амплитуды колебаний инструмента |св)

на прочность Q и коэффициент вариации прочности у — 100% сварных соеди-

„ „ хср

нении алюминиевой проволоки с алюминиевыми пленками. Сварку проводили

на частоте 60 кГц инструментом с рабочим торцом шириной 90 мкм и поперечной канавкой. Прочность соединений проверяли при испытаниях на отрыв под углом 90°. При испытании разрушение соединений происходит по проволоке вдали от зоны сварки а, в месте наибольшей деформации проволоки б, с отслаиванием проволоки от пленки вис отрывом части соединения г.

Из графиков определяются зоны оптимальных режимов А, в которых Q > > 0»5Qnp_KH и у sc 20%, а разрушение происходит по виду б. Эти зоны показы­вают, что наиболее критичным параметром является амплитуда колебаний и наи­менее критичным — длительность процесса. Усилие сжатия по своему относи-

тельному влиянию на воспроизводимость прочности соединений близко к ампли­туде колебаний.

Характер разрушения зависит от многих факторов, основными из которых являются:

полнота взаимодействия соединяемых материалов на контактных поверхно­стях;

величина пластической деформации проводника в зоне контакта;

форма сварной точки, которая зависит от рабочего профиля инструмента (пуансона, деформирующего привариваемый проводник);

адгезия пленки с подложкой или подслоем, которая может изменяться при воздействии сварочного импульса;

пластичность привариваемого проводника и уровень механических напря­жений, возникающих в проводнике и подложке.

При выборе способа соединения и отработке режимов сварки обычно доби­ваются такого положения, чтобы разрушение соединения происходило по про­волоке в зоне деформации или с отрывом части сварной точки от пленки и лишь иногда допускается разрушение с отслаиванием от пленки.

При этом требуется, чтобы прочность соединения составляла определенный процент от прочности проводника на разрыв или от прочности адгезии пленки с подложкой (от 30 до 100%), устанавливаемый в зависимости от условий эксплуа­тации изделия.

Контроль качества соединений в микросхемах. Все способы контроля качества сварных соединений можно разбить на два основных вида: испытания с разруше­нием соединений и испытания без разрушения как отдельных соединений, так и готовых микроэлектронных схем и приборов.

К разрушающим способам контроля относятся механические испытания соединений; микроскопические исследования на шлифах с применением обычных металлографических или электронных микроскопов; химический анализ (как обычный, так и с помощью электронного микрозонда).

К неразрушающим способам контроля можно отнести визуальный осмотр соединений и готовых приборов; оценку качества соединений с помощью щупов; испытания на герметичность корпусов; просвечивание рентгеновскими лучами; определение характера распределения температуры работающего прибора с по­мощью инфракрасных микроскопов; оценку электрических параметров готовых приборов.

Несколько промежуточное положение занимаюг испытания приборов и схем на надежность; ударные и виброиспытания, климатические испытания, испыта­ния на термоудары, испытания на старение, длительные электрические испытания на наработку элементо-часов до первого отказа и другие испытания.

При анализе причин отказов какого-либо прибора сначала используют все возможные способы неразрушающих испытаний, а затем применяют разрушаю­щие способы контроля.

Основные виды и причины дефектов сварных соединений и отказов микро­схем приведены в табл. 38.

Для обеспечения высокой воспроизводимости качества наиболее целесообразно проводить контрольные испытания в несколько этапов: при испытании техноло­гического оборудования; при выборе технологического процесса и подборе пара­метров режима сварки на данной установке; периодические производственные испытания для контроля технологического процесса; контроль качества и надеж­ности готовых соединений и интегральных схем.

Механические испытания и металлографический анализ соединений являются наиболее эффективными способами контроля и оценки качества соединений в раз­личных микроэлектронных схемах при отработке технологических режимов сварки или пайки.

Для оценки качества (прочности) сварных соединений тонких проводников с пленками на плоских подложках обычно проводят испытания на растяжение двумя способами: испытание на отрыв под углом 180, 90, 45 или 30° к поверхности подложки; испытание на срез параллельно поверхности подложки.

В реальных конструкциях проводники по отношению к подложке могут иметь угол от 5—8° до 60—75°.

При испытаниях на растяжение оценка ведется по разрывному усилию, которое сопоставляется с прочностью целого проводника на разрыв.

При металлографических исследованиях выявляются плохая адгезия напы­ленных пленок, пустоты в сварных и паяных соединениях, наличие интерметал­лических структур, непровар (особенно при герметизации корпуса сваркой), микротрещины в подложке в зоне сварки, степень растворения напыленной пленки при сварке, форма и размеры сварных соединений.

Контроль внешним осмотром является одним из наиболее доступных и рас­пространенных способов. Он применяется для пооперационного или выходного контроля. Цель контроля — оценка внешнего вида (микросоединений) путем сравнения их с эталонным образцом и выявление некачественных (дефектных) микросоединений при внешнем осмотре.

Обычно устанавливается 100%-ный визуальный контроль качества по внеш­нему виду микросоединений.

38. Виды и причины дефектов сварных соединений, отказов приборов Вид дефекта Причины дефектов Возможный отказ прибора Трещины в кристалле Полупроводниковый кристал Нарушение технологиче­ского процесса контакта Л Обрыв в электрической це­пи или изменение сопротив­ления Низкая прочность при­соединения кристалла к корпусу Нарушение технологическо­го процесса монтажа кристал­ла Перегрев схемы при работе, обрыв электрической цепи, разрушение соединения Соед Обрыв соединений инения на кристалле и выводах Загрязнение контактных площадок перед сборкой, на­рушение режима сварки корпуса Обрыв в электрической цепи Неоднородности в сое­динениях Плохой контроль производ­ства, перегревы Утечкн в электрической цепи Пустоты в соединениях Нарушение технологическо­го режима. Загрязнения. Про­явление эффекта Киркендалла Перегрев, низкая проч­ность, обрывы Плохая адгезия пленок илн соединений Нарушение технологии сварки Низкая прочность, обрывы Плохое совмещение де­талей Плохой контроль техноло­гического процесса Замыкания, обрывы Н изкая прочность сое­динений Плохой контроль техноло­гического процесса. Непра­вильное сочетание соединяе­мых материалов Обрывы, ненадежные соеди­нения Трещины вблизи выво­дов корпуса Корпус прибора Несогласованность материа­лов, плохое совмещение Нарушение герметичности, течи в корпусе Плохая адгезия покры­тий Нарушение технологии Течи в корпусе, низкая прочность герметизации Пустоты и поры в месте сварки крышки и корпуса Плохой контроль производ­ства, коррозия в зоне соеди­нения Нарушение герметичности Плохое совмещение крышки и корпуса Плохой контроль производ­ства, нетехнологичная кон­струкция прибора Нарушение герметичности, ухудшение качества внешнего вида Низкая прочность свар­ки Нарушение технологическо­го процесса, неправильное со­четание соединяемых мате­риалов Ненадежные соединения, появление течей

Критерием оценки качества сварных микросоединений при визуальном конт­роле можно принять величину деформации проводника, определяемую по формуле

где dnp —- диаметр проводника, мм; 5деф — ширина деформированной зоны про­водника в месте сварки, мм.

Испытания на герметичность готовых приборов являются одним из важных способов для оценки качества герметизации корпусов и отбраковки потенциально ненадежных приборов и схем.

Негерметичность Определяется по величине течи. За единицу измерения в СССР принята такая течь, при наличии которой в вакуумном объеме в 1 л давле­ние возрастает на 1 мкм ртутного столба за 1 с (размерность л-мкм/с).

Способы контроля герметичности делятся на косвенные и прямые. К косвен­ным относятся испытания в камере влаги; испытания в водяной бомбе (оценка производится путем выдержки приборов и измерения электрических параметров приборов). Чувствительность способов составляет 1 • КГ2—1 • 10"1 л-мкм/с.

К прямым способам контроля герметичности относятся испытание в горячей масляной ванне или этиленгликоле; вакуумно-жидкостное испытание; масс — спектрометрический способ (например, с помощью гелиевого течеискателя); радиоактивационный способ (с помощью радиоактивного газа).

Чувствительность прямых способов контроля герметичности составляет: в масляной ванне ЫСГ2—1-Ю-3 л-мкм/с; вакуумно-жидкостное испытание — 1 • 1СГ4— 1 • 10-5 л • мкм/с; гелиевым течеискателем — 1 • Ю-3—1 • 109 л • мкм/с; с по­мощью радиоактивного газа — 1-Ю’3— 1-КГ1® л-мкм/с.

Технологическое оборудование для сварки микросхем. При производстве микросхем используются два основных вида оборудования для сварки: оборудо­вание для выполнения монтажных соединений при сборке ИС в различные типы корпусов и блоки аппаратуры; оборудование для герметизации корпусов.

Наибольшее количество моделей установок было разработано для монтажа ИС гибкими и плоскими проводниками.

Разработанное оборудование отличается применяемыми методами соедине­ний, назначением установки, уровнем автоматизации и производительностью.

Назначение и характеристики отдельных типов установок для сварки микро­схем приведены в табл. 39. В большинстве моделей оборудования применены системы автоматического регулирования процессом сварки. При термокомпрессии и сварке давлением с косвенным импульсным нагревом автоматическая подстройка осуществляется по температуре зоны соединения или рабочей части инструмента. При ультразвуковой микросварке активный контроль осуществляется путем анализа условий колебаний волновода (инструмента) в процессе сварки и свое­временного прекращения колебаний в момент достижения минимума амплитуды. При односторонней контактной сварке наиболее универсальным принципом авто­матической подстройки является принцип поддержания постоянным падения на­пряжения в зоне сварки (на электродах) вне зависимости от изменения электри­ческого сопротивления (сечения) свариваемого проводника. При лазерной сварке автоматическая подстройка осуществляется по мощности излучения квантового генератора. В оборудовании для микросварки механизмы создания давления спроектированы с учетом их динамических характеристик и условий сварки.

В установках полуавтоматического типа обычно автоматизированы или меха­низированы почти все вспомогательные операции. Однако оператор выполняет наиболее сложную и утомительную операцию — совмещение инструмента (элек­трода) и вывода с контактной площадкой. Поэтому созданы установки, в которых оператор совмещает только первую точку (при числе точек до 72 и более), что позволяет обслуживать одному оператору до трех-пяти установок при значитель­ном облегчении работы оператора.