Лабораторная работа №1
Скачать 1.87 Mb.
|
| Содержание Аннотация ………………………………………………………………………. 2 ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1 Технологические процессы сборки и монтажа бескорпусных полупроводниковых БИСЦель 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. ^ 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:
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.  ^ 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. ^ 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  ^ 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). ^ 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:
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. ^ Практически все типы ленточных носителей конструктивно имеют три функциональные зоны:
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:
В качестве адгезива трехслойных носителей в отечественной промышленности используют специальный клей. ^ (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:
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:
• 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:
ТП монтажа включает следующие основные операции:
присоединение выводов к контактным площадкам кристаллов. Она может быть выполнена с помощью различного оборудования. Сравнительные характеристики используемых установок даны в табл.3. Таблица 3 |
Добавить документ в свой блог или на сайт
Похожие:
 | Основные приемы работы(контекстное меню, выделение, группирование объектов, перетаскивание мышью, получение справки) | | Лабораторная работа №3. Изменения экранного образа таблицы в субд access лабораторная работа №4. Простые и сложные запросы к базе... |
| Лабораторная работа выполняется и защищается в соответствии с утвержденным расписанием занятий | | Цель лабораторной работы состоит в изучении средств vb и средств vs для работы с текстовыми файлами |
| Лабораторная работа: «Измерение длины световой волны с помощью дифракционной решётки» | | Лабораторная работа № Назначение и функции общеобразовательного стандарта в школе. Стандарт школьного образования по информатике... |
| Создание шаблона. Работа с шаблонами документов. Совместное использование Word и Excel | | Цель работа: используя закон сохранения механической энергии и уравнение гармонических колебаний /незатухающих/, определить момент... |
| Получить представление о том, что такое массив и научиться разрабатывать алгоритмы решения задач с использованием массивов в среде... | | Занятие № Практическая работа «Строение и функции опорно-двигательного аппарата: Скелет» |