Метод соединения микросхем

   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.

Рисунок 4 - схема беспроволочного монтажа микросхем:

1 —  кристалл интегральной схемы; 2 — лепестковые выводы («паучки»); 3 — внешние выводы корпуса (ковар, покрытый золотом или алюминием); 4 — подложка схемы из керамики; 5 — столбиковые жесткие выводы (выступы); 6 — «балочные» выводы.  

   Наибольшее  развитие получил способ монтажа лепестковых («паучковых») выводов к кристаллу и внешним выводам корпуса или контактным площадкам керамической подложки (рисунок 4, а).

   Для присоединения навесных элементов  в гибридных схемах широко используется монтаж способом «перевернутого» кристалла с контактными выступами (столбиками) на подложке или кристалле (рисунок 4, б). Находит применение и способ монтажа с балэчными выводами, причем эти выводы могут быть как на< кристалле полупроводникового прибора, так и на подложке гибридной схемы* (рисунок 4, в). При беспроволочных способах монтажа сваривают разнообразные сочетания материалов (Аl—Al, A1—Аu, Аu—Аu, Сu—Sn—Аu 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 (рисунок 5): сварка плоских выводов приборов с токоведущими дорожками диэлектрической подложки (рисунок 5, а) или с штырями, запрессованными в отверстия платы (рисунок 5, б).

Рисунок 5 - схема монтажа навесных элементов на печатные платы:

1 —  навесной элемент (интегральная  схема, транзистор, резистор); 2 —  токоведущая дорожка печатной  платы; 3 — вывод навесного элемента; 4 — металлический штырь; 5 — диэлектрическая плата (стеклотекстолит, гетинакс)  

   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 (рисунок 6).

Рисунок 6 - оптимальный термический цикл при сварке проводников с тонкими металлическими пленками на хрупких подложках 

   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 контактируемых 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.

   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.

   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.

   Библиография:

1. Сварка в машиностроении. Справочник в 4-х томах / Г.А.Николаев [и др.]; под общ. ред. Г.А.Николаева. – Москва: Машиностроение, 1978.
2. Новые методы сварки и пайки / А.П. Лопатко, З.В. Никифорова. –Москва: Высшая школа, 1979. – 88 с.
3. Сварка и пайка в микроэлектронике / Назаров, Г.В.; Гревцев, Н.В. – Москва: Советское радио, 1969. – 192 с.