- •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
3.5. Устройство для экспресс-контроля адгезии пленок к подложкам
Обзор литературы по адгезионной прочности пленок с подложками показал, что в настоящее время в промышленности нет достаточно совершенных способов и установок контроля адгезии пленок.
Рассмотрим некоторые способы контроля адгезионной прочности пленок. Широко используется в производстве метод отрыва пленки от подложки.
К основным недостаткам данного метода следует отнести следующие:
• трудоемкость контроля адгезионной прочности пленки к подложке, особенно к подложке с большим количеством пленочных площадок различной площади и конфигурации;
• сложность проведения отрыва строго одновременно по всей площади контакта, так как при неодновременном отрыве возникают дополнительные напряжения в граничной области, искажающие результаты измерений;
• погрешность измерений адгезионной прочности из-за дефектности слоя припоя или клея, находящегося между присоединенным образцом и пленкой;
• уменьшение измеряемого значения адгезии при возникновении термических напряжений в пленке и подложке после проведения процессов присоединения штыря, цилиндра или проволоки;
• влияние состава припоя или клея на изменение значения адгезионной прочности в процессе старения паяных или клеевых соединений;
• зависимость адгезионной прочности от угла приложения силы отрыва;
• влияние давления окружающей среды, а также кислорода либо паров воды на работу отслаивания пленки от подложки;
• сложность приготовления пленочных образцов для определения адгезионной прочности, так как дефекты на поверхности пленки (пылинки, микрокапли испаряемого металла) могут привести к разрыву пленки во время испытания на отрыв;
Для контроля адгезии тонких металлических пленок к диэлектрической подложке часто используют электромагнитные методы. Например, подложку с пленкой размещают в электромагнитном поле заданной частоты и увеличивают его напряженность до отслоения пленки. При этом частоту электромагнитного поля задают 50 Гц, а через металлическую пленку пропускают электрический ток. В других случаях электромагнитное поле может быть сверхвысокой частоты.
Недостатком данного способа является низкая точность контроля адгезии, поскольку при пропускании через металлическую пленку электрического тока последняя нагревается, а в случае исключения пропускания тока через пленку электромагнитное поле не обеспечивает возникновения достаточной отрывающей силы для отрыва пленки от подложки. Кроме того, наличие переменного электромагнитного поля ведет к тому, что на металлическую пленку действует знакопеременная сила, так как вектор переменного электромагнитного поля периодически меняет свое направление, и, в зависимости от направления вектора, сила будет либо отрывать металлическую пленку от подложки, либо вдавливать ее в подложку. При значительной величине напряженности электромагнитного поля возможно деформирование и растрескивание подслоя пленки, что будет вносить неточность в определение адгезионных характеристик. Но основным недостатком является необходимость применения токоподводящих контактов к металлической пленке для пропускания по ней тока. При контроле адгезии малых металлических площадок на подложках токоподводящие контакты должны вплотную располагаться на пленке, что ведет к их воздействию (давлению) на пленку, искажая адгезионную картину.
Использование переменного электромагнитного поля сверхвысокой частоты создает в любой точке пространства (как в металлическом покрытии, так и в диэлектрической подложке) вихревое электрическое поле независимо от того, находится ли в этой точке проводник или нет, что ведет к разогреву материала диэлектрической подложки и возможному ее разрушению. Кроме того, из-за разных коэффициентов термического расширения материала подложки и пленки при разогреве в сильном электромагнитном поле возникает отрыв пленки от подложки вследствие возникновения термических напряжений.
Другие методы контроля адгезии (нагрев электронным лучом или лазером, царапание иглой, вдавливание в пленку индентора) возможны на отдельных участках пленки. Эти методы являются разрушающими и могут быть использованы только на опытных образцах при отработке технологии получения пленочных покрытий. Они не пригодны для оценки адгезионной прочности пленок на готовых изделиях.
Нами разработано специальное устройство (рис. 3.12), которое работает следующим образом. Исследуемые подложки 23 располагаются на верхней части вакуумной камеры 21 над отверстиями 22, затем из камеры откачивается воздух и подложки плотно прижимаются к вакуумной камере. С компрессорного блока 19 через сопло 18 на место контакта пленки 24 с подложкой 23 под избыточным давлением поступает узконаправленная воздушная струя, которая создает отрывное усилие пленки от подложки. Скорость истечения воздушной струи задается таким образом, чтобы, обеспечить надлежащий уровень контроля адгезионной прочности контактного слоя подложка – пленка без его разрушения. Затем с манипулятора 8 поступает электрическое напряжение на двигатель реверсивной червячной передачи 5. В результате этого подвижная каретка 4, перемещается на линейном подшипнике 3 по направляющим 2 относительно исследуемых подложек 23. При этом сопло 18 проходит над каждой пленочной площадкой 24, отрывая ее от подложки за счет воздействия потока воздуха.
Рис. 3.12. Схема устройства для экспресс-контроля адгезии пленок к подложкам: 1 – основание; 2 – направляющие; 3 – подшипник; 4 – каретка; 5 – червячная передача; 6 и 7 – переключатели реверса; 8 – манипулятор; 9 – ролик; 10 – липкая масса; 11 – опорная вилка; 12 – сердечник; 13 – электромагнит; 14 – пружина; 15 – винт; 16 – оптическая шторка; 17 – фоторегистрирующий преобразователь; 18 – сопло; 19 – компрессорный блок; 20 – блок фиксации перемещения; 21 – вакуумная камера; 22 – отверстия; 23 – подложки; 24 – пленочные площадки
При движении каретки над соплом по исследуемым подложкам и пленочным площадкам прокатывается контрольный ролик 9, на поверхности которого находится липкая масса 10. Отслоившиеся пленочные площадки прилипают к липкой массе контрольного ролика и отрываются. Усилие прижатия контрольного ролика осуществляется сжатием микрометрического винта 15 тарированной пружины 14, передающимся на контрольный ролик при помощи опорной вилки 11. После того как подвижная каретка пройдет над последней подложкой, она замыкает концевой переключатель реверса 6 и 7, электрический сигнал с которого поступает на манипулятор вертикального перемещения 8, откуда усиленный электрический сигнал поступает на обмотку тягового электромагнита 13. Сердечник 12, жестко закрепленный на опорной вилке 11, втягивается в электромагнит, поднимая контрольный ролик над исследуемой подложкой. Одновременно электрический сигнал с манипулятора поступает на двигатель реверсивной червячной передачи, и каретка начинает перемещаться в обратном направлении до срабатывания концевого переключателя реверса. Электрический сигнал с этого концевого переключателя поступает на манипулятор, который отключает действие электромагнита, при этом контрольный ролик вновь под действием тарированной пружины прижимается к новой партии подложек, и каретка идет в обратном направлении. Все операции после этого вновь повторяются. Контроль прижатия ролика осуществляется при помощи оптической шторки 16 фоторегистрирующего преобразователя 17 и электронного блока-фиксации перемещения 20.