Лабораторная работа №1




НазваниеЛабораторная работа №1
страница1/14
Дата публикации08.12.2013
Размер1.87 Mb.
ТипЗанятие
zadocs.ru > Физика > Занятие
  1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   14
Содержание

Аннотация ………………………………………………………………………. 2


ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1

Технологические процессы сборки и монтажа бескорпусных полупроводниковых БИС



Цель работы: изучение технологических процессов сборки и монтажа бескорпусных полупроводниковых больших интегральных микросхем.

Продолжительность занятия – 4ч.
Теоретические сведения

В современной микроэлектронной аппаратуре, выполняющей функции обработки и хранения информации, автоматизации и управления технологическими процессами, используются универ­сальные и специализированные интегральные микросхемы (ИМС) различной степени интеграции. Наблюдается тенденция более ши­рокого применения ИМС высокой степени интеграции - больших (БИС) и сверхбольших (СБИС). Это обусловлено существенным улучшением технико-экономических характеристик аппаратуры, а именно: повышением надежности, быстродействия и помехоустой­чивости; снижением массы, габаритов, потребляемой мощности, стоимости; сокращением сроков проектирования и подготовки про­изводства.

Широкую номенклатуру спе­циализированных БИС при приемлемых затратах на проектирова­ние и производство изготовляют с помощью базовых матричных кристаллов. Для получения БИС на их основе требуется спроекти­ровать и изготовить необходимые (заказные) электрические соеди­нения элементов кристалла. Так как часть конструкции БИС проек­тируется и изготовляется по заказу, то такие специализированные БИС называются полузаказными.

Для БИС характерны такие особенности конструкции, как вы­сокая плотность размещения элементов, многоуровневая разводка, большой размер кристалла, высокая мощность потребления, боль­шое количество выводов. Их конструктивные особенности предъяв­ляют повышенные требования к технологическим процессам сборки и монтажа с целью получения высоконадежных изделий с высоким и стабильным процентом выхода годных микросхем.

Сборка и монтаж - это часть общего технологического процес­са изготовления БИС, в результате проведения которого получают готовую конструкцию ИМС (БИС), т.е. готовые изделия.

Процессы и операции сборки и монтажа являются наиболее трудоемкими в технологии производства ИМС. Если при изготов­лении кристаллов широко применяются высокопроизводительные групповые методы, то при сборке и монтаже оперируют с каждой отдельной ИМС.

Технологическим процессом сборки ИМС (БИС) называют со­вокупность операций по ориентированному разделению пластин и подложек со сформированными элементами на кристаллы или пла­ты, закрепление их на основаниях корпусов, посадочных площадках выводных рамок и т.д.

Технологическим процессом монтажа ИМС называют совокупность операций, направленных на получение электрических соединений кристалла со следующим коммутирую­щим уровнем, т.е. с выводами рамок, гибких носителей, оснований корпусов, либо с контактными площадками подложек плат. Герме­тизация ИМС входит в число монтажных операций только в том случае, если она является бескорпусной, и сводится к формирова­нию защитных покрытий путем заливки смонтированного кристал­ла (как правило, его рабочей поверхности) специальным герметизи­рующим покрытием (чаще всего называемым герметиком).

Конструктивные исполнения бескорпусных БИС

Использование бескорпусных БИС в микроэлектронной аппа­ратуре (МЭА) позволяет обеспечить значительное уменьшение ее массогабаритных характеристик, снижение значений переходных сопротивлений, паразитных индуктивностей и емкостей, повышение надежности. Бескорпусные БИС обладают универсальностью при­менения при пониженной материалоемкости.

Бескорпусные БИС изготавливают с гибкими проволочными выводами, на полиимидном носителе и с объемными выводами. На коммутационной плате БИС на полиимидном носителе занимают площадь, в 4 - 10 и более раз меньшую по сравнению с микросхема­ми в корпусах. Для монтажа на плату выводы БИС в этом случае имеют вид квадратных контактных площадок, расположенных в пе­риферийных областях кристалла.

Применение бескорпусных БИС на полиимидных носителях позволяет повысить надежность МЭА за счет: уменьшения количе­ства сварных и паянных соединений в расчете на одну контактную площадку БИС (для корпусных - три - четыре соединения, для бес­корпусных - два - три), улучшения условий отвода теплоты при ус­тановке кристалла непосредственно на теплоотводящий пьедестал, снижения механических напряжений в кристалле БИС и небольшой массы.

Бескорпусные БИС с объемными выводами представляют со­бой кристаллы БИС, на контактных площадках которых образова­ны шариковые (или столбиковые) выводы. Объемные выводы (ОВ) изготавливают из золота, облуженной или позолоченной меди и сплава олово - серебро. Такие БИС занимают на коммутацион­ной плате площадь, в 16-40 раз меньшую, чем корпусные БИС, и в 4-10 раз меньшую, чем бескорпусные БИС на полиимидном носи­теле. Сопротивление их выводов в 20 - 100 раз, паразитная индук­тивность в 60 - 200 раз и межвыводная емкость в 9 - 50 раз ниже, чем у корпусных БИС.

Объемные выводы на контактных площадках кристалла БИС могут быть сформированы двумя различными способами. В первом способе, называемом "мокрым", используют процессы вакуумного осаждения барьерного слоя (хром - медь, хром - никель, ванадий-медь), на котором гальванически выращивают припойные шарики. Барьерный слой создают из металлов, имеющих хорошую адгезию к алюминию кристалла БИС и не образующих с ним выпрямляющих контактов, т.е. не влияющих на электрические параметры БИС. К недостаткам "мокрого" способа относят трудность нанесения одно­родного покрытия необходимой толщины, сложность контроля за составом припоя и выдерживанием размеров ОВ из-за гальваниче­ского разрастания, а также ухудшение параметров БИС, особенно на МДП-структурах.

Чтобы избежать недостатков "мокрого" способа формирования ОВ, применяют "сухой" способ. Сущность его заключается в ультра­звуковом присоединении шариков из золотой проволоки и после­дующей обрезке проволоки непосредственно над шариком. "Сухой" способ прост и практически не влияет на параметры БИС.

Объемные выводы формируют на кристаллах, находящихся в составе пластины, до ее разделения. При этом "сухой" способ обес­печивает избирательность в формировании ОВ: они создаются на контактных площадках только годных, предварительно проверен­ных по электрическим параметрам кристаллов БИС.

Полиимидные носители с алюминиевыми балочными вывода­ми присоединяют к алюминиевым контактным площадкам кристал­лов БИС ультразвуковой микросваркой. В этом случае при взаимо­действии материалов вывода и контактной площадки образуется надежное однокомпонентное микросварное соединение.

Присоединять медные, покрытые олово-висмутом балочные выводы полиимидного носителя к контактным площадкам кристал­лов сложнее, так как медь и алюминии технически несовместимы при микросварке и пайке. Поэтому перед их соединением на кон­тактных площадках кристалла или ленточных выводах носителя формируют объемные выводы, на кристалле - золотые или припой-ные, на носителе - золотые.

Присоединение носителя может быть осуществлено пайкой или термокомпрессионной сваркой. Объемные золотые выводы на но­сителе формируют импульсной пайкой с образованием золото-оловянного эвтектического сплава, термокомпрессионной сваркой с золотым покрытием медной балки, а также лазерной импульсной пайкой или сваркой.

В оловянное покрытие медных балочных выводов вводят вис­мут (до 10 %) или свинец (до 40 %) с целью предотвращения образо­вания хрупкой фазы интерметаллида AuSm. При добавлении вис­мута толщина интерметаллида после пайки при температуре 250 °С и времени выдержки 30 с составляет 0,5 - 2 мкм. Легирование при­поя свинцом при пайке в таких же условиях приводит к образова­нию слоя интерметаллида толщиной 4 - 5 мкм, который способству­ет образованию прочных паянных соединений. Дальнейшее увеличение его толщины вызывает уменьшение прочности.

Перед присоединением полиимидного носителя или перед ус­тановкой на коммутационную плату пластина с кристаллами БИС закрепляется на эластичной адгезионной пленке и разделяется на отдельные кристаллы на всю толщину, что исключает необходи­мость в дальнейшем разламывания пластины, и объемные выводы не повреждаются.

Сборка и монтаж бескорпусных БИС на коммутационных платах
Сборка и монтаж кристаллов БИС с объемными выводами
Полупроводниковая пластина с кристаллами БИС, на контакт­ных площадках которых сформированы объемные выводы, разреза­ется и после удаления дефектных кристаллов поступает на операцию монтажа. Кристаллы 3 устанавливают на коммутационные платы 4 лицевой стороной вниз (рис.5). Объемные выводы 2 совмещают с контактными площадками 1 коммутационной платы, используя подвижные и неподвижные полупрозрачные зеркала или автомати­зированные системы распознавания образов.



Рис.5. Монтаж БИС с объемными выводами: 1 - контактная площадка; 2 - объемные вы­воды; 3 - кристалл; 4 - коммутационная плата
Способ соединения кристалла с платой зависит от материалов объемных выводов кристалла и контактных площадок коммутаци­онных плат. Кристаллы БИС с золотыми объемными выводами присоединяют к покрытым слоем золота контактным площадкам коммутационных плат термокомпрессионной сваркой. Пайку ис­пользуют в тех случаях, когда хотя бы одна из соединяемых поверх­ностей покрыта слоем припойного материала.

При монтаже на коммутационную плату кристаллы присоеди­няются к посадочным местам поочередно или одновременно. По­очередное присоединение осуществляют нагретым инструментом с вакуумным присосом. Необходимую температуру нагрева рабочей части инструмента регулируют мощностью и длительностью прохо­дящего импульса тока. Групповое (одновременное) присоединение кристаллов выполняют следующим образом: контактные площадки посадочных мест коммутационной платы обрабатывают канифоль­ным флюсом, кристаллы БИС с припойными объемными выводами размещают на посадочных местах и коммутационную плату с кри­сталлами помещают в конвейерную печь с атмосферой азота.

При необходимости замены отказавшей в процессе технологи­ческой обработки, испытаний и эксплуатации БИС кристалл уда­ляют нагреваемым инструментом с вакуумным присосом без общего нагрева коммутационной платы.

С целью предотвращения растекания припоя объемного выво­да 2 по контактной площадке 1 применяют специальные меры, на­пример, на границе контактной площадки наносят полоску 5 из ма­териала, который не смачивается припоем (рис.6).



Рис.6. Ограничение растекания припоя объемного вывода: I - контактная площадка; 2 - объемный вывод; 3 - кри­сталл; 4 - коммутационная плата; 5 - ограничительная полоска
Бескорпусные БИС с объемными выводами устанавливают на керамические, полиимидные и кремниевые коммутационные платы. За счет разницы температурных коэффициентов расширения (ТКР) материалов кристалла и коммутационной платы при эксплуатации аппаратуры в объемных выводах возникают значительные механи­ческие напряжения (срезающие усилия). С ростом размеров кри­сталлов эти усилия увеличиваются. Для кристаллов, площадь кото­рых превышает 15 мм2 , выбор материалов коммутационных плат имеет принципиальное значение. Для обеспечения надежного со­единения объемных выводов с контактными площадками коммутационных плат усилие среза должно быть в 1,5-2 раза меньше проч­ности соединения объемный вывод - контактная площадка кристал­ла и прочности материала вывода. Установлено, что при монтаже кристаллов БИС площадью более 15 мм2 на керамические коммута­ционные платы возникающие усилия приводят к разрушению объ­емных выводов. Воздействующие на объемные выводы усилия уменьшают повышением эластичности коммутационной платы или изготовлением ее из материалов с ТКР, близким к ТКР кремния.

При установке БИС на керамические и кремниевые коммута­ционные платы разновысотность объемных выводов должна нахо­диться в пределах ±(1 - 2) мкм. На многослойные полиимидные пла­ты устанавливают кристаллы БИС с большим допуском объемных выводов по разновысотности (до ±5 мкм). В этом случае повышен­ный разброс высоты объемных выводов компенсируют созданием на коммутационной плате соответствующего металлизированного припоем отверстия вместо плоской облуженной контактной пло­щадки.
^ Сборка и монтаж кристаллов БИС

на полиимидном носителе
Кристаллы БИС на полиимидном носителе устанавливают на коммутационные платы (без ограничений их по материалам) лице­вой стороной вверх или вниз (рис.7,а,б,в).

Последовательность операций по установке и присоединению выводов БИС на полиимидном носителе следующая:

  1. обрубка технологической (измерительной) части носителя;

  2. формовка балочных (ленточных) выводов;

  3. установка БИС на коммутационную плату;

  4. присоединение выводов носителя к контактным площадкам коммутационной платы.

При установке кристаллов БИС лицевой стороной вверх на по­верхность коммутационной платы 4 балочные выводы 2 вблизи кристалла 3 слегка отгибаются вверх, затем вниз к основанию кри­сталла и далее параллельно плоскости коммутационной платы 4 вдоль контактной площадки 1 (рис.7). Выводы такой формы не ка­саются края кристалла и обладают достаточной упругостью. Та­ким образом исключается электрическое замыкание элементов БИС и полупроводниковой подложки кристалла, а также происходит демпфирование напряжений при значительной разности ТКЛР материалов кристалла и коммутационной платы. Балочные (лен­точные) выводы, изготовленные из меди и алюминия, легко форму­ются.



^ Рис.7. Монтаж кристалла БИС на полиимидном носителе лицевой стороной

вверх (а, б) и вниз (в): I - контактные площадки; 2 - балочные выводы; 3 -

кристалл; 4 - коммутационная плата; 5 - клей

При установке кристаллов БИС лицевой стороной вверх в уг­лубление коммутационной платы (см. рис.7,6), а также лицевой сто­роной вниз (см. рис.7,в) занимаемая площадь уменьшается пример­но в два раза. При этом оптимальная длина балочного вывода / зависит от размеров кристалла. Для БИС, размеры кристал­лов которых превышают 5x5 мм (длина стороны L = 5 мм), мини­мальная длина балочного вывода составляет 280 мкм.
^ Микроконтактирование при сборке и монтаже БИС
Термин "микроконтактирование", т.е. "соединение" подразуме­вает механическое и (или) электрическое присоединение кристаллов полупроводниковых ИМС к подложкам с выводными рамками и к подложкам других типов, а также присоединение к ИМС проволоч­ных выводов для внешних (по отношению к ИМС) связей.



Рис.8. Формовка балочных выводов: 1 - контактные площадки; 2 - балоч­ные выводы; 3 - кристалл; 4 - коммутационная плата; 5 – клей


^ Рис.9. Зависимость длины балочного вывода / от размеров кристалла L

Основными способами сборки (механического присоединения) кристаллов на основания корпусов, плат, ленточных носителей яв­ляются соединения с помощью припоев, эвтектических сплавов, кле­ев. Между металлизированными поверхностями обратной стороны кристалла и основания корпуса или подложки размещают кусочек фольги припойного сплава или эвтектики толщиной около 50 мкм. Используют нагрев горячим газом, пайку импульсным нагревом. Оптимальный режим эвтектической пайки: температура 390-420 °С, время 3 - 5 с, давление 3-5 Н/мм2. Способы сборки, осно­ванные на применении легкоплавких припоев и эвтектик, дают наи­лучшие показатели по прочности и вибропрочности соединений, обеспечивают хороший теплоотвод, но дороги, плохо поддаются автоматизации.

Сборку БИС на коммутационную плату обычно осуществляют приклеиванием кристаллов с помощью эпоксидных и полиимидных клеев. Наиболее эффективным является трафаретный способ нане­сения клея на посадочные места коммутационных плат.

Распространенными способами монтажа (электрического при­соединения) выводов кристаллов на контактных площадках комму­тационных плат являются различные виды микросварки или микро­пайка.

Микропайку используют для покрытых припоем балочных вы­водов. Медные балочные выводы обычно покрывают слоем сплава олово - висмут или олово - свинец в процессе изготовления полиимидного носителя. Алюминиевые балочные выводы, предна­значенные для присоединения к облуженным контактным площад­кам коммутационных плат, покрывают тонким слоем тантала и ни­келя (0,2 - 0,3 мкм), а затем облуживают горячим способом.

Облуженные медные балочные выводы присоединяют к покры­тым золотом контактным площадкам коммутационных плат им­пульсной микропайкой с образованием золото-оловянного эвтекти­ческого сплава. Коммутационную плату устанавливают на подогреваемый столик и прогревают некоторое время при темпера­туре примерно 100 °С. Одновременно все балочные выводы прижи­мают инструментом для пайки к контактным площадкам и пропус­кают импульсы тока, мощность и длительность которых таковы, что обеспечивают нагрев мест соединения до температуры пример­но 450 °С. Происходит контактное плавление и образование золото-оловянной эвтектики. После затвердевания расплава инструмент поднимают.

Такой процесс позволяет получать качественные паянные со­единения, на которые не оказывают влияния неоднородность ме­таллизации контактных площадок, разновысотность и неплоскост­ность поверхности коммутационных плат. Применение защитной газовой среды исключает необходимость использования флюсов, являющихся потенциальным источником коррозии металлизации.

В зависимости от материалов вывода и контактной площадки, а также конструктивного исполнения ИМС применяют следующие виды микросварки: импульсную, термокомпрессионную, ультразву­ковую, лазерную и другие.

Импульсную микросварку, как и микропайку, осуществляют с использованием импульсных источников питания и расщепленного или нагретого косвенным импульсным нагревом электрода 1 (рис.10). При микросварке каждый вывод 2 присоединяют к контактной площадке 3 индивидуально, а при микропайке возможно групповое присоединение.



Рис.10. Присоединение балочного вывода расщепленным (а) и нагреваемым

косвенным импульсным нагревом (б) электродом: 1-электрод; 2-вывод;

3 - контактная площадка

Наибольшее применение нашли термокомпрессионная и ультра­звуковая микросварки. При термокомпрессионной микросварке соеди­нение формируется в твердой фазе за счет сжатия и нагрева, температу­ра 250 - 370°С, давление примерно 60 - 100 Н/мм2, время сварки 0,05 - 2 с. Форма и размеры сварной точки определяются площадью рабочей части инструмента. Необходимым условием образования проч­ного соединения является пластическая деформация отдельного или обоих материалов. Соединение осуществляется в результате диффузии частиц между присоединяемыми материалами.

Термокомпрессионную микросварку применяют при наличии слоя золота на контактных площадках коммутационной платы и балочных выводах. Простота процесса, небольшое количество регулируемых параметров (температура, давление), поддерживаемых с высокой точностью, выгодно отличают этот способ присоединения от других. Поскольку термокомпрессионное соединение образуется при температуре до 370°С, на медные балочные выводы наносят никелевый подслой, препятствующий образованию интерметаллидов золото-медь. В зависимости от конструкции рабочего инструмента, способа нагрева зоны соединения и подачи проволоки существует несколько разновидностей термокомпрессионной сварки: шариком, пережимом, клином. На рис.11 схематически показана термокомпрессия клином, служащая для присоединения золотых проволок, при этом кристалл нагревают до 300°С, а клин - до 150°С.



Рис. 11. Термокомпрессионная сварка клином: 1 - приспособ­ление для подачи проволоки через капилляр; 2 - проволока; 3 - контактная площадка; 4 - подогреваемый клин из кар­бида вольфрама
Недостатки термокомпрессии - ограниченное число пар свари­ваемых металлов, высокие требования к качеству соединяемых по­верхностей и низкая производительность (обычно сварка выполня­ется под микроскопом).

При соединении золотой проволоки с алюминиевой контакт­ной площадкой термокомпрессией в месте контакта могут образо­ваться хрупкие интерметаллические соединения. Для соединения этих материалов, а также двух алюминиевых деталей применяют ультразвуковую (УЗ) сварку (рис.12). При подключении обмотки возбуждения к УЗ генератору электрические колебания посредством магнитострикционного преобразователя трансформируются в про­дольные механические колебания, которые с помощью волновода-концентратора 4 усиливаются по амплитуде до 0,5 - 2,0 мкм и через инструмент передаются деталям. В материале соединяемых деталей возникает сложное напряженное состояние, приводящее к деформа­ции в зоне действий инструмента, где одновременно за счет трения выделяется тепло. Имеющаяся на поверхности алюминия пленка окисла при воздействии ультразвука разрушается, обнажая чистые поверхности, которые и соединяются между собой. Основные па­раметры УЗГ сварки: частота 60 - 80 кГц, давление 20 - 450 Н/мм2, амплитуда колебаний 0,5 - 2 мкм. Свариваемые детали должны быть чистыми, не иметь грубых дефектов. Интенсификации процесса УЗ сварки способствует косвенный импульсный нагрев инструмента (комбинированная сварка). При этом повышается прочность соеди­нения при меньшей деформации выводов, можно соединять между собой трудносвариваемые детали. Недостатком УЗ сварки является необходимость высокой пластичности материала проводника, так как его относительная деформация в месте сварки обычно составля­ет 40 - 60 %.



Рис.12. Ультразвуковая сварка: 1 - инструмент; 2 - вывод; 3 - кон­тактная площадка; 4 - концентратор (волновод); 5 - преобразователь (вибратор); 6 - устройство крепления; 7, 8 - обмотки возбуждения и подмагничивания
Применение УЗ микросварки позволяет осуществлять присое­динение алюминиевых балочных выводов. Однако при использова­нии сварочного инструмента для одновременного присоединения всех,выводов БИС вследствие разнотолщинности и неплоскостности поверхности коммутационной платы наблюдается нестабиль­ность прочностных свойств микросварных соединений. Кроме того, такие соединения имеют низкую ремонтопригодность, так как при замене кристалла БИС повторная сварка осуществляется на уже ис­пользованной контактной площадке коммутационной платы, что резко снижает надежность микросварного соединения.

Находят применение сварка косвенным импульсным нагревом (СКИН) рабочей зоны, который осуществляется только в момент сварки за счет импульса тока непосредственно через рабочий инст­румент (кондуктивная передача тепла от инструмента в зону сварки), и сварка сдвоенным (расщепленным) инструментом (контактная сварка, когда участок зоны сварки является непосредственно участком электрической цепи между электродами инструмента и в момент импульса разогрев наблюдается за счет действия закона Джоуля-Ленца).

^ Монтаж на гибких и жестких выводах

Различают монтаж на гибких и жестких выводах или прово­лочный и беспроволочный монтаж. Под монтажом на гибких выво­дах понимают получение электрических соединений контактных площадок, расположенных в периферийных областях кристалла, с выводами корпуса, платы или балочными (ленточными) выводами носителя с помощью гибких проволочных выводов.

Монтаж на жестких выводах - это электрическое соединение контактных площадок кристалла с выводами корпуса, платы или ленточного носителя с помощью шариковых или столбиковых вы­водов.

Проволочный монтаж является трудоемкой операцией: чем больше проволочных соединений в микросхеме, тем ниже ее надеж­ность в процессе эксплуатации. Материал проволоки должен обра­зовывать механически прочный, с низким значением переходного сопротивления контакт с материалами площадок кристалла и носителя (или корпуса) при минимальных воздействиях режимов (механических, тепловых и т.п.) их присоединения на характеристики БИС. Способы присоединения проволочных выводов совершенствуются от ручных операций к полностью автоматизированным. Используется проволока из золота, алюминия, алюмокремниевых и алюминий-магниевых сплавов.

Золото и алюминий - металлы, стойкие к термическим и механиче­ским воздействиям, постоянно имеющим место в процессе эксплуата­ции БИС.

Проволока марки Зл 999,9 изготовляется из золота со степенью очистки более 99,999 %, в которое вносятся специальные добавки (бериллий, медь, железо, магний, серебро), улучшающие механические характеристики. Она имеет диаметр 25 - 60 мкм, относительное удлине­ние - свыше 10 %. Ее недостатки - высокие стоимость и удельный вес, низкое сопротивление разрыву (для неотожженной ~ 120 Н/мм2) и воз­можность образования с алюминием хрупких и пористых соединений типа РЛпРмт.

Выводы из алюминия, например марки А995 (содержание алюми­ния 99,995 %), имеют невысокую прочность (для мягкой проволоки ~ 75 Н/мм), что вынуждает увеличивать диаметр проволоки (до - 1000 мкм) и площадь создаваемых контактов. Поэтому использу­ют алюминиевую проволоку с добавками кремния (марка проволоки АК09П) и магния (марка проволоки АМг 0,8). В проволоке АК09П содержится до 1 % кремния в проволоке АМг 0,8 содержится 0,5 -1,0 % магния. Проволоки из алюминиевых сплавов имеют лучшие характери­стики, чем из чистого алюминия;, прочность отожженных ~ 450 Н/мм2 при относительном удлинении до 4 %, диаметр 27 - 50 мкм.

Необходимые механические характеристики проволока приобрета­ет в процессе отжига. С повышением температуры проволока теряет прочность, становится мягче и пластичнее. Рекомендуемое усилие раз­рыва для проволоки диаметром 25 - 30 мкм составляет 0; 15 - 0,21 HI. Более прочная проволока может вызвать разрушение материала кристалла под контактной площадкой, а проволока пониженной прочности не обеспечивает стабильной прочности сварных соединений. Особенно
высоки требования к механическим характеристикам» проволока при ее
использовании в; автоматизированных установках.

Присоединение выводов осуществляется при монтаже полупро­водниковых БИС микросваркой. Из известных способов микросварки наименьшие механическое и тепловое воздействия обеспечивает УЗ микросварка. При проволочном монтаже реализуют два вида соедине­ний: встык и внахлест. Прочность соединения зависит от площади кон­такта, которая при соединении встык определяется площадью рабочего торца инструмента, диаметром проволоки и степенью ее деформации. При соединении внахлест с переменной по длине сварки деформацией проволоки используется инструмент с наклоном на несколько градусов в сторону, противоположную формируемой перемычке.

Из беспроволочных методов монтажа наибольшее распространение получили:

1) метод перевернутого кристалла (flip-chip). Осуществляется с
помощью объемных выводов;

2) метод ленточных носителей.

Беспроволочный монтаж имеет следующие преимущества перед проволочным:

  • уменьшение длины соединений;

  • исключение проволоки - механически ненадежного материала;

  • увеличение прочности и надежности соединений;

  • повышение производительности труда в пять и более раз на операциях сборки и монтажа ИМС;

  • повышение плотности упаковки элементов в ячейках и блоках микроэлектронных устройств.

Для современных БИС и СБИС, для которых характерно увеличе­ние числа выводов и уменьшение шага, т.е. расстояния между соседни­ми выводами, все большее применение находят методы автоматизиро­ванной сборки ИМС с помощью ленточных носителей. Причем с ростом числа выводов до 100 и выше этот метод сборки становится единствен­ным технически реализуемым и экономичным.

Широкое распространение получил метод сборки с помощью полиимидных носителей.
Конструкции ленточных носителей
Сборка полупроводниковых приборов и интегральных микросхем на ленточных носителях (ЛН) способствует снижению стоимости приборов и ИМС, так как резко повышается уровень механиза­ции и автоматизации и уменьшаются затраты на материалы. На рис.9 приведена классификация наиболее распространенных конст­рукций ленточных носителей. В основу классификации положены следующие параметры: число слоев носителя, материал-основа про­водников носителя и конструктивное выполнение выводов носите­ля, предназначенных для соединения с контактными площадками (КП) кристалла. Последний параметр определяет конструктивное исполнение монтируемых на носитель кристаллов - с объемными выводами на КП или без них. Однослойные ЛН состоят из одного слоя металла, двухслойные ЛН имеют структуру металл - полимер, трехслойные ЛН - структуру металл - адгезив - полимер.

Материалом полимерной пленки носителя могут быть поли-имид, полиэфир, полиэфирсульфат, гибкий эпоксистеклопластик и ряд других. Наибольшее распространение получил полиимид из-за следующих его свойств: высокой термостойкости (возможен крат­ковременный нагрев до 400 °С), стабильности физических и химиче­ских параметров при высоких температурах и воздействии кислот, возможности селективной химической обработки и использования в качестве подложки при вакуумном напылении металлических пле­нок. Полимерная пленка, являясь конструктивной основой двух- и трехслойных носителей, как правило, имеет размеры, заимствован­ные из техники кино, это особенно относится к ширине пленки {8, 11, 16, 35 или 70 мм) или ее перфорации.

К материалу выводов носителя предъявляются такие требова­ния, как прочность, пластичность, коррозионная стойкость, хоро­шая адгезия к полимерной пленке (для двух- и трехслойных), трави-мость с обеспечением зазоров до 50 - 70 мкм, легкость золочения или облуживания. Находят применение золото, алюминий, никель, медь с покрытием и без него. Золото используют в основном в виде покрытия. Наибольшее распространение в конструкциях ЛН получили алюминий и медь с различными покрытиями (Sn, Au, Ag и др.) в виде фольги. Толщина алюминиевой фольги 0,025 - 0,07 мм, медной фольги 0,03 - 0,035 мм и в отдельных случаях до 0,076 мм.

Однослойные ленточные носители не нашли широкого приме­нения из-за отсутствия возможности контроля электрических пара­метров ИМС на ленте вследствие шунтирования выводов, возмож­ности замыкания выводов на края кристалла и трудности монтажа из-за неплоскостности краев выводов.




Рис.13. Классификация распространенных конструкций ленточных носителей

Наибольшее распространение при сборке и монтаже бескорпусных полупроводниковых БИС получили полиимидные носители: двухслой­ный с алюминиевыми выводами и трехслойный с медными выводами. Размеры носителей определяются размерами кристалла, технологией монтажа изделий и типоразмерами КП и посадочных мест микросборок. Типоразмеры носителей определены ОСТ В 11.0546 в зависимости от количества выводов (от 2 до 128). ЛН могут выполняться либо с дву­сторонним, либо с четырехсторонним расположением выводов.
^ Полиимидный носитель с алюминиевыми выводами
Практически все типы ленточных носителей конструктивно имеют три функциональные зоны:

  1. внутренняя зона А предназначена для монтажа кристалла. Соз­данные в ней узкие балочные выводы расположены в соответствии с контактными площадками кристалла БИС;

  2. монтажная зона Б служит для присоединения выводов носителя к контактным площадкам коммутационной платы. В ней находятся более широкие балочные выводы, чем в зоне А;

  3. периферийная (измерительная) зона В используется для измере­ний электрических параметров БИС и технологических испытаний в процессе производства.

В отдельных конструкциях ЛН можно выделить четвертую зону, называемую зоной маркировки и перфорации.

На рис.10 представлена конструкция полиимидного носителя с алюминиевыми выводами. Четвертая зона в данной конструкции распо­ложена в третьей периферийной, в других конструкциях маркировку располагают в свободных местах измерительной зоны.

Перед сборкой и монтажом на коммутационной плате полиимид­ный носитель обрезают по краю зоны Б. В угловых участках измери­тельной зоны расположены три крепежных отверстия Д, предназначен­ных для закрепления носителя с кристаллом в технологической и измерительной таре.

Угловой участок, свободный от крепежных отверстий, является местом маркировки носителя, угол и сторона расположения места маркировки совпадают с нумерацией первого вывода носителя.

Конструкция выводов ленточного носителя во внутренней зоне может быть консольной или закрепленной (рис.11). Ширина выво­дов носителя в этой зоне определяется размерами КП кристаллов и составляет 0,08 - 0,15 мм, шаг выводов ЛН соответствует шагу КП кристалла. Ширина защитного полиимидного кольца составляет 0,3 - 0,5 мм. В закрепленной конструкции ширина внутреннего опорного полиимидного кольца обычно равна 0,3 - 0,5 мм, а вели­чина перекрытия вывода с внутренним опорным полиимидным кольцом составляет 0,15 -0,35 мм.

Рис. 14. Конструкция полиимидного носителя с алюминиевыми выводами

для микросхем на 64 вывода: А - внутренняя зона; Б - монтажная зона;

В - измерительная зона; Г - место маркировки; Д - крепежные отверстия
Закрепленная конструкция более, чем консольная, приемлема для монтажа кристаллов с большим числом контактных площадок (40 - 60 и более) и небольшим их шагом (250 мкм и менее). В этом случае получают более высокий процент выхода годных изделий при изготовлении носителей и на операциях сборки ИМС за счет устранения брака, обусловленного краевыми дефектами выводов, практически полной ликвидации деформации выводов и др. Защит­ная полиимидная рамка (кольцо) может содержать металлизиро­ванный ключ, указывающий положение первого вывода. В других конструкциях имеется отличие в конфигурации первого вывода вне зоны контактирования от остальных, позволяющее его идентифи­цировать.



Рис.15. Варианты конструкции выводов ленточного носителя: консольная (а) и закрепленная (б). 1 - кристалл; 2 - контактная площадка; 3 - алюми­ниевый вывод; 4 - защитное полиимидное кольцо; 5 - внутреннее опорное полиимидное кольцо; 6 - промежуточное кольцо
Представляет интерес конструкция носителя с защитным коль­цом из окиси алюминия АlОз, сформированным на самом выводе (рис.16). Шаг выводов носителя в монтажной зоне Б составляет 0,5 или 0,625 мм, а ширина вывода соответственно 0,25 или 0,3 мм. Монтажной зоной или зоной присоединения выводов считается область от защитного полиимидного кольца до линии вырубки.



Рис.16. Конструкция трехслойного полиимидного носителя с алюминиевы­ми выводами: 1 - кристалл; 2 - КП кристалла; 3 - алюминиевый вывод; 4 - защитное кольцо из АlОз (2 - 3 мкм); 5-полиимид; 6-адгезионный клеевой слой.
На рис.17 показана конструкция полиимидного носителя с кристаллом после вырубки и формовки, указаны основные типо­размеры. Типоразмеры зависят от размеров кристалла. Например, для кристалла размером до 5,1x5,1 мм они таковы: А - 9,8; В = 0,4; С = 8,6; Дпах = 5,1; К = 0,2; Мтах - 0,6 мм.


Рис.17. Конструкция полиимидного носителя с кристаллом

после вырубки и формовки: ! - кристалл; 2 - ленточный вывод;

3 - защитное покрытие; А, В, С, D, К, М - типоразмеры
Измерительная зона В (см. рис.14) располагается за зоной вы­рубки. Шаг выводов в ней равен 1,25 мм при ширине вывода 1,05 -1,15 мм. Размер зоны контактирования каждого вывода для измерения электрических параметров изделии на носителе - не менее 0,6x0,6 мм.

Двухслойные носители изготавливают серийно по одному из двух вариантов технологий:

  • методами вакуумного и гальванического осаждения металличе­ских слоев (А1) на полимерную пленку с последующей фотолито­графией;

  • с помощью фотохимической обработки с последовательным травлением слоя полиимида, полученного поливом на алюминиевую фольгу, и алюминия в специальных травителях.

В качестве адгезива трехслойных носителей в отечественной про­мышленности используют специальный клей.

^ Трехслойный полиамидный носитель с медными выводами

(полиимид - адгезионный подслой (Сr) - медь)
Полиимидный носитель с медными выводами (рис.18) использует­ся для установки на него кристаллов с объемными выводами. При сбор­ке объемные выводы кристалла присоединяют к балочным выводам, сформированным на носителе.

Технология производства таких носителей предусматривает вы­полнение следующих операций:

  • осаждение в вакууме пленок Сг - Сu - Сг (толщиной 1,6 - 1,8 мкм);

  • избирательное гальваническое наращивание меди на элементах коммутации (толщиной 20 мкм);

  • локальное травление полиимида;

  • гальваническое наращивание меди и покрытия олово - висмут (толщиной 4-9 мкм).

Наличие покрытия Sn - Bi у балочных выводов носителя обуслов­лено необходимостью создания благоприятных условий для монтажа. В конструкции носителя имеются металлизированные отверстия для крепления балочных выводов в зоне монтажа и обеспечения двухсто­роннего электрического контактирования в измерительной зоне.

В трех углах носителя имеются отверстия размером 1,5x1,5 мм для его установки в тару и крепления на кассету сварочной установки.

Ширина балочного вывода носителя во внутренней зоне А (см. рис.18) составляет ~ 200 мкм.





Рис.18. Конструкция полиимидного носителя с медными выводами: А - зона монтажа кристалла с объемными выводами; Б - зона мон­тажа носителя на плату; В - испытательная и измерительная зона; С - переходные отверстия
Для измерения параметров ИМС после присоединения объем­ных выводов к контактным площадкам кристаллов и разделения полупроводниковой пластины на отдельные кристаллы разработана специальная оснастка: измерительный носитель, являющийся со­ставным элементом измерительной тары (рис.19). Структура про­водников измерительного полиимидного носителя следующая:

  • термически напыленный в вакууме слой Сг - Си толщиной 0,0015-0,0017 мм;

  • слой гальванически наращенной меди толщиной 0,01 -0,015 мм;

• покрытие из золота или Sn - Bi толщиной 0,002 - 0,003 мм.
Таким образом, минимальное значение суммарной толщины проводящего покрытия 0,016 мм, а в зоне контактирования с объ­емными выводами кристалла 0,1 мм.


Рис.19. Конструкция измерительного полиимидного носителя: 1- место маркировки; 2 - крепежное от­верстие; 3 - проводник; 4 - переходные отверстия; 5 - полиимид; 6 - базовое отверстие
Двустороннее расположение проводников на носителе связано с необходимостью контактирования носителя с объемными выво­дами кристалла с одной стороны и зондами контролирующего уст­ройства с другой стороны. Электрический контакт между провод­никами на обеих сторонах обеспечивается при помощи металлизированных переходных отверстий диаметром ~ 0,13 мм. В измерительных носителях осуществляют измерение параметров и электротермотренировку ИМС с объемными выводами.
Технология сборки и монтажа бескорпусных ИМС на полиимидных носителях с алюминиевыми выводами (А1-ПН)
Технологический процесс (ТП) сборки предусматривает сле­дующие основные операции:

  • разделение пластин на кристаллы;

  • установку кристалла на гибком носителе.

ТП монтажа включает следующие основные операции:

  • присоединение выводов;

  • защиту поверхности кристалла;

  • измерение параметров ИМС и электротермотренировку. Наиболее тудоемкая и ответственная операция ТП монтажа -

присоединение выводов к контактным площадкам кристаллов. Она может быть выполнена с помощью различного оборудования. Сравнительные характеристики используемых установок даны в табл.3.

Таблица 3
  1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   14

Добавить документ в свой блог или на сайт

Похожие:

Лабораторная работа №1 iconЛабораторная работа № Лабораторная работа №3 Тема: «Работа с панелью...
Основные приемы работы(контекстное меню, выделение, группирование объектов, перетаскивание мышью, получение справки)

Лабораторная работа №1 iconЛабораторная работа №5. Генерация отчетов в субд access лабораторная...
Лабораторная работа №3. Изменения экранного образа таблицы в субд access лабораторная работа №4. Простые и сложные запросы к базе...

Лабораторная работа №1 iconЛабораторная работа выполняется по темам: «Оптимизационные экономико-математические...
Лабораторная работа выполняется и защищается в соответствии с утвержденным расписанием занятий

Лабораторная работа №1 iconЛабораторная работа по теме «Тема 10. Лабораторная работа «Текстовые файлы»
Цель лабораторной работы состоит в изучении средств vb и средств vs для работы с текстовыми файлами

Лабораторная работа №1 iconЗакон Ома для участка цепи без эдс. Сопротивление проводника. Падение...
Лабораторная работа: «Измерение длины световой волны с помощью дифракционной решётки»

Лабораторная работа №1 iconЛабораторная работа №4. Информатика в старшей школе. Цели и содержание...
Лабораторная работа № Назначение и функции общеобразовательного стандарта в школе. Стандарт школьного образования по информатике...

Лабораторная работа №1 iconЛабораторная работа 14
Создание шаблона. Работа с шаблонами документов. Совместное использование Word и Excel

Лабораторная работа №1 iconЛабораторная работа №. Б-206
Цель работа: используя закон сохранения механической энергии и уравнение гармонических колебаний /незатухающих/, определить момент...

Лабораторная работа №1 iconЛабораторная работа № Работа с массивами и записями
Получить представление о том, что такое массив и научиться разрабатывать алгоритмы решения задач с использованием массивов в среде...

Лабораторная работа №1 iconЛабораторная работа «Типы тканей и их функции»
Занятие № Практическая работа «Строение и функции опорно-двигательного аппарата: Скелет»

Вы можете разместить ссылку на наш сайт:
Школьные материалы


При копировании материала укажите ссылку © 2013
контакты
zadocs.ru
Главная страница

Разработка сайта — Веб студия Адаманов