Здесь можно найти образцы любых учебных материалов, т.е. получить помощь в написании уникальных курсовых работ, дипломов, лабораторных работ, контрольных работ и рефератов. Так же вы мажете самостоятельно повысить уникальность своей работы для прохождения проверки на плагиат всего за несколько минут.

ЛИЧНЫЙ КАБИНЕТ 

 

Здравствуйте гость!

 

Логин:

Пароль:

 

Запомнить

 

 

Забыли пароль? Регистрация

Повышение уникальности

Предлагаем нашим посетителям воспользоваться бесплатным программным обеспечением «StudentHelp», которое позволит вам всего за несколько минут, выполнить повышение уникальности любого файла в формате MS Word. После такого повышения уникальности, ваша работа легко пройдете проверку в системах антиплагиат вуз, antiplagiat.ru, etxt.ru или advego.ru. Программа «StudentHelp» работает по уникальной технологии и при повышении уникальности не вставляет в текст скрытых символов, и даже если препод скопирует текст в блокнот – не увидит ни каких отличий от текста в Word файле.

Результат поиска


Наименование:


Курсовик Вивчення етапв виготовлення виводв методом зварювання: термокомпресорне, конденсаторне, контактне, ультразвукове зварювання електроконтактв, зварювання тиском з непрямим мпульсним нагрвом. Особливост виготовлення виводв методом пайки та склеювання.

Информация:

Тип работы: Курсовик. Предмет: Схемотехника. Добавлен: 09.05.2010. Сдан: 2010. Уникальность по antiplagiat.ru: --.

Описание (план):


МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ
ДЕРЖАВНИЙ ВИЩИЙ НАВЧАЛЬНИЙ ЗАКЛАД
КУРСОВА РОБОТА
Методи приєднання виводів в ІС

ЗМІСТ

ВСТУП
РОЗДІЛ 1. ВИГОТОВЛЕННЯ ВИВОДІВ МЕТОДОМ ЗВАРЮВАННЯ
1.1 Термокомпресорне зварювання
1.2 Конденсаторна зварка електроконтактів
1.3 Зварювання тиском з непрямим імпульсним нагрівом
1.4 Контактне зварювання
1.5 Ультразвукове зварювання
РОЗДІЛ 2. ВИГОТОВЛЕННЯ ВИВОДІВ МЕТОДОМ ПАЙКИ ТА СКЛЕЮВАННЯ
2.1 Приєднання виводів паянням
2.2.Холодне паяння
2.3 Електричні з'єднання за допомогою склеювання
ВИСНОВКИ
ЛІТЕРАТУРА
ВСТУП

Однією з найважливіших операцій завершальної стадії технологічного циклу виготовлення напівпровідникових приладів та інтегральних схем (ІС) є приєднання виводів до готових структур. Монтажні операції, пов'язані з приєднанням виводів, здійснюються, по-перше, для створення внутрішньосхемних з'єднань при монтажі кристалів на підкладках гібридних плівкових мікросхем і мікроскладок (контактний майданчик кристала при цьому з'єднується з контактним майданчиком підкладки за допомогою перемички або безпосередньо); по-друге, для комутації контактних майданчиків кристала ІМС або периферійних контактів гібридних мікросхем і мікроскладок із зовнішніми виводами корпусу [1].
При виробництві планарних напівпровідникових приладів для під'єднання ширших виводів до контактних площадок, де використовується пайка спеціальними низькотемпературними припоями та сплавами, а також різні види зварювання найбільше розповсюджені у виробництві напівпровідникових та оптоелектронних приладів одержали термокомпресорні, ультразвукові методи під'єднання гнучких виводів.
Розвиток мікроелектроніки потребує розробки принципово нових методів виконання з'єднань в результаті різкого зменшення геометричних розмірів елементів мікросхем і напівпровідникових оптоелектронних приладів. Товщина напівпровідників, які застосовуються для монтажу в мікроелектроніці, складає десятки і сотні мікрон, а товщина активних областей приладів часто становить 0.1 - 10 мкм [2].
Мета роботи: описати найпоширеніші методи зварювання та пайки для виготовлення виводів інтегральних схем.
1. ВИГОТОВЛЕННЯ ВИВОДІВ МЕТОДОМ ЗВАРЮВАННЯ

1.1 Термокомпресорне зварювання

Внутрішній монтаж ІС включає операції по установці, закріпленню ІС в корпусі і виконанню внутрішніх електричних з'єднань. Внутрішні з'єднання контактних майданчиків здійснюються з виводами навісних елементів (у гібридних ІС) і з тонкими перехідними виводами, що йдуть до зовнішніх виводів, що виходять з корпусу (рис. 1.1, а).
Для внутрішніх з'єднань характерний зразкове стократне співвідношення товщини металевих тіл, що сполучаються: тяганина діаметром 50 мкм і плівки товщиною 0,5 мкм (рис. 1.1, б). Контактний майданчик розташований на ізоляційній або напівпровідниковій підкладці. Майдан контактного майданчика складає долі мм2. Для виконання таких з'єднань найбільш поширена термокомпресорне зварювання.
Рис. 1.1 Мікросхема всередині корпусу (а) і схематичне зображення контактного перехідного вузла (б): 1 - зовнішній вивід; 2 - внутрішній вивід (перемичка); 3 - контактний майданчик; 4 - ізолятор; 5 - основа корпусу [3].
Назва термокомпресорне зварювання, запропонованої в 1957 р., точно передає її суть: зварка тиском та з підігріванням. Вона передбачає протікання деформації в зоні з'єднання, що витісняє адсорбовані гази і дуже тонкі жирові і окисні плівки, внаслідок чого відбувається «схоплювання» стислих поверхонь. Області схоплювання виникають на ділянках, де можлива взаємодія між вільними електронами атомів тіл, що сполучаються, і утворення міжатомного зв'язку. Для цього необхідне подолання енергетичного бар'єру підвищенням енергії атомів. Підвищення енергії проводять нагрівом і пластичною деформацією. Чим вище температура, тим при меншому тиску зачинається зчеплення, оскільки полегшується руйнування окисних плівок. Твердість ковкого металу зволікання істотно зменшується, а твердість окисних плівок із зростанням температури міняється мало. При нагріві в результаті збільшення пластичності металу легше утворюються великі поверхні зіткнення і знімається руйнівна для шва внутрішня механічна напруга. [4]
При термокомпресорному зварюванні метали нагріті до температури стану рекристалізації (відпалу) tп (?400°C) або декілька вище, але на 20°С нижче найнижчої температури евтектики системи. При цій температурі зчеплення виникає при мінімальному навантаженні здавлення, якщо товщина окисної плівки нікчемно мала. У міру потовщення окисної плівки навантаження здавлення повинне зростати для руйнування і витискування осколків окисної плівки із зони контакту.
Термокомпресорно зварювані матеріали класифікують на три групи:
а) метали з хорошою взаємною дифузією в твердому стані і створюючі тверді розчини Au-Cu (володіють якнайкращими зварювальними властивостями);
б) матеріали, створюючі між собою низькотемпературні евтектики А1, - Si, Au - Si (володіють задовільними зварювальними властивостями);
в) метали, взаємна дифузія яких приводить до утворення интерметаличних з'єднань і евтектик Au-Al, Al-Sn (володіють задовільними зварювальними властивостями лише при виконанні певних умов).
Рис. 1.2 Схема термокомпресії з підігріванням: 1 - робочий інструмент; 2 - підігрівач робочого інструменту; 3 - приєднувальний провідник; 4 - підкладка; 5 - підігрівач підкладки, встановлений на робочому столику [3].
При температурах вище tп спостерігаються процеси, залежні від часу: повзучість, рекристалізація, дифузія. Ці три процеси грають велику роль в утворенні термокомпресійної з'єднання, тому тривалість зварки впливає на міцність з'єднання.
Аналіз металографії зони доброякісного термокомпресорного з'єднання показує, що кордон між зварюваними металами досить чіткий, без помітної дифузії одного металу в іншій. Дифузійний процес має місце в дуже обмеженій області, оскільки невисока температура міста зварки і короткочасність недостатні для протікання глибокої дифузії. Основну роль в зміцненні з'єднання грають процеси повзучості і рекристалізації.
Рис. 1.3. Умови вибору тиску і температури при термокомпресії методом гарячої голки [3].
Як приклад розглянемо умови виконання термокомпресорного з'єднання золотих дротяних виводів діаметром 100 мкм із золото-хромовій плівкою на скляній підкладці (рис. 1.3). З'єднання, отримані в області Б, відрізняються хорошою якістю, їх зчеплення перевищує міцність на розрив зволікання. Деформація зволікання складає близько 50%. З'єднання, отримані в області А, спочатку характеризуються хорошим зчепленням. Але із-за вживання дуже високого тиску зволікання зазнає надлишкову деформацію, в результаті незабаром втрачає механічну міцність і руйнується безпосередньо біля контактного шва. З'єднання в області В, отримані при заниженій температурі і тиску, характеризуються слабким зчепленням. [2]
Інструмент, яким здійснюють термокомпресорне з'єднання, є долотоподібною голкою, за допомогою якої притискують зволікання виводу до контактного майданчика на підкладці. Інструмент закріплений на важелі, рух якого від руки оператора регулюється пружиною. Жало інструменту має на кінці виступ, завдяки чому матеріал зволікання відтісняється при тиску по обидві сторони виступу (рис. 1.4). Найбільш важким при виконанні зварки є забезпечення точності установки тиснула. Тиск при термокомпресії складає близько 100 г при діаметрі контактного зволікання до 50 мкм, тривалість 1,5 сек. Майдан, займаний контактною зоною, дуже малий. Наприклад, при зволіканні 25 мкм майдан складає 150x30 мкм.
Рис. 1.4. Термокомпресорне формування: інструментом з капіляром (а) і з виступом (б) [3].
Жало має бути виконане з матеріалів, з якими не відбувається схоплювання при зварці: з твердого сплаву ВК-15, кераміки окислу берилія, молібдену. Метод термокомпресії вимагає ретельного контролю основних параметрів процесу: тиску, температури і часу зварки.
Міцність зварки оцінюється значеннями контрольного зусилля від 0,3 до 2,5 г, що додається уздовж осі зволікання і ще не викликає відривши. Наприклад, для зволікання діаметром 25 мкм при з'єднанні з товстим зовнішнім виводом типова величина контрольного зусилля складає 0,5 г [3].

Таблиця 1.1 Оптимальні режими термокомпресійного зварювання різних металів [4]

Матеріал виводів
Матеріал напівпровідника або покриття
Температура нагрівання

Питомій тиск

10-7 н/м2
Деформація %
Година зварювання

Au

Si

Ge

Al (напилений)

Au (напилене)

Au (гальванічне)

Ag (впалене)

350

350

250-350

300-350

250-400

400

14-15

10-15

10-15

9-11

10-15

13-14

75

75

30-50

30-50

50-75

90

10

5

5-10

5-20

3-5

10

Al

Si

Ge

Al (напилений)

Au (напилене)

Au (гальванічне)

Ag (впалене)

440

390

350-400

350

350

400

5

3

6-7

3

3

6-7

90

75

90

75

75

90

30

30

5

20

20

20

Ag

Al (напилений)

Au (напилене)

Au (гальванічне)

400

350-400

350-400

18-19

14

18-19

70

70

70

20

20

20

1.2 Конденсаторна зварка електроконтактів

Конденсаторна зварка (ЕКС) електроконтактів - це процес отримання нероз'ємного з'єднання нагрівом зварюваних кромок до пластичного стану і подальшим їх стискуванням (осіданням). Для нагріву зварюваних кромок через них пропускають електричний струм. При цьому кількість необхідної теплоти можна визначити по наступній формулі (закон Джоуля--ленца): а = 0,24I2Кt (де I -- зварювальний струм; К -- опір ділянки ланцюгу в місці контакту; t -- час дії струму). Окрім зварювального струму, який зазвичай складає декілька десятків тисяч ампер, і тривалість його проходження, основним параметром зварки електроконтакта є: зусилля стискування електродів, яке залежно від зварюваних матеріалів складає 1-20 кН. Монолітні електроди виготовляють з бронзи БрБ2, БрХБ або БрНБТ, підстава; комбінованих -- з міді М1, М2 або МЗ, а робочу частку із сплаву ВМ. [7]

Найбільш поширена зварка електроконтакта нерухомими електродами, при якій деталі, що сполучаються, встановлюють в спеціальне гніздо нижнього електроду, а верхній електрод при опусканні центрує їх і стискує з питомим тиском 50--100 Н/мм2 . При роликовій зварці електроконтакта деталі, що сполучаються, переміщаються між двома вращающимися роликами.

ЕКС допускає з'єднання тонкостінкових (0,15 мм) балона і ніжки, що отримуються штампуванням. У круглому металлостеклянном корпусі міцність і герметичність виводів збільшені за рахунок заполнения склом порожнистої тонкостінної коваровой ніжки. Глибоко розташований зварний шов виключає можливість випліскування металу всередину корпусу. Матеріал ніжки - ковар, балона - ковар, нікель, сталь 10 (із захисним покриттям). [3]

Напівавтоматична установка конденсаторної зварки УКС-4100 дозволяє здійснювати герметизацію круглих корпусів в захисній атмосфері гелію (витрата 10 л/хв). Завантаження деталей виконують уручну, решта операцій - автоматично. Діапазон зусилля стискування електродів 50--350 кГ. Продуктивність установки 500 шт/ч [5].

1.3 Зварювання тиском з непрямим імпульсним нагрівом

Зварювання тиском з непрямим імпульсним нагрівом відрізняється від компресійної зварки тим, що розігрівання робочої зони здійснюється тільки в момент зварки імпульсом струму, що проходить безпосередньо через інструмент. Завдяки цьому є можливість отримати вищий локальний нагрів проводника і, отже, зварювати малопластичні матеріали. Зварювання тиском з непрямим імпульсним нагрівом володіє більш широкими технологічними можливостями і дозволяє отримувати якісні соединения золотих, алюмінієвих і мідних провідників (діаметром до 100 мкм) з плівками багатьох матеріалів.

Рис. 1.5. Схема зварки тиском з непрямим імпульсним нагрівом V-подібним інструментом: 1 - робочий столик; 2 - підкладка або напівпровідниковий кристал; 3 - провідник; 4 - V-подібний інструмент (пуансон); 5 - зварювальна голівка для створення тиску; 6 - джерело живлення; 7 - реле часу [6].

Для виконання зварювання тиском з непрямим імпульсним нагрівом (ЗНІН) інструмент повинен мати V-образну форму; причому максимальна температура має бути на робочому торці. Для нагріву інструменту може бути використаний імпульс постійного або змінного струму. Для пом'якшення термоудара на плівковий контактний майданчик доцільний сопутствующий підігрівши вироби (тобто робочого столу).

На відміну від термокомпресії процес взаємної дифузії при ЗНІН грає істотнішу роль в утворенні з'єднання. При виконанні ЗНІН на початку прикладається тиск. Потім через інструмент подається імпульс струму длительностью від 0,01 до декількох секунд. Під дією температури торця інструменту відбувається локальне розігрівання дроту, зменшення межі пластичності, осідання дроту і з'єднання. При з'єднанні, наприклад, алюмінієвого дроту з алюмінієвою, золотою і мідною плівкою температура в зоні зварки повинна складати відповідно 400, 490 і 560°С.

1.4. Контактне зварювання

Контактне зварювання розщепленим електродом нагадує термокомпресійне зварювання. Різниця полягає в тому, що нагрів проводиться пропусканням електричного струму через зону зварки між ізольованими один від одного половинами електроду (рис. 1.6).

Рис. 1.6. Контактна зварка методом розщепленої голки: 1 - обидві половини розщепленого електроду; 2 - ізоляція або повітряний зазор; 3 - зволікання; 4 - плівка; 5 - підкладка; 6 - лінії струму [3].

Якість з'єднання залежить від початкового контактного електропору і опору зварюваних деталей. Контактний опір залежить від майдану контакту і питомого опору поверхні розділу. У свою чергу, ці останні чинники залежать від тиску, шорсткості, оксидів і чистоти поверхні. У зв'язку з цим режим повинен кожного разу ретельно підбиратися для конкретних умов.

Енергія для нагріву подається у вигляді імпульсів тривалістю 0,01 сік від конденсатора через імпульсний трансформатор. Тривалість імпульсу визначає попереднє прогрівання місця зварки, тривалість самої зварки і послесварочный цикл нагріву для відпалу [3].

1.5 Ультразвукове зварювання

Ультразвукова зварка здійснюється при підведенні до зварюваних деталей енергії механічних коливань ультразвукової частоти з одночасним додатком навантаження (рис. 1.7).

Рис. 1.7. Схема пристрою для ультразвукової зварки: 1 - зволікання виводу; 2 - підкладка; 3 - контактний майданчик; 4 - голка; 5 - напрям вібрацій; 6 - підшипник ковзання; 7 - магнитостриктор [3].

Суть методу ультразвукової зварки полягає у виникненні тертя на поверхні розділу між тілами, що сполучаються. Передача енергії від магнітострикційного перетворювача здійснюється за допомогою зварювальної голки, яка притискує провідник до контактного майданчика.

Ультразвукову зварку можна порівняти з явищем захоплення і заїдання між двома притиснутими один до одного незмащеними поверхнями. Магнітострикційний перетворювач передає вібрацію на голку так, щоб вона вібрувала паралельно поверхні.

Ультразвукова зварка застосовується в тих випадках, коли небажане плавлення часток, що сполучаються, а також при зварці металів, що істотно відрізняються електро і теплопровідністю, при зварці металів з керамікою і стеклам. [5]

Для виконання монтажних з'єднань в мікросхемах застосовують ультразвукові генератори потужністю близько 100 вт на частоту 20 кГц з амплітудою коливання інструменту 10 мкм. Амплітуда коливань має бути направлена уздовж осі зварюваного дроту для зниження ефекту прослизання.

УЗ зварка застосовна і для виконання з'єднань із стеклометаллическими емалевими плівками.

Результатом дії ультразвукових коливань є три процеси: зростання майдану контакту, руйнування окисних плівок і нагрів металу в зоні зварки, сприяють зварюванню. Розгледимо ці процеси докладніше.

З додатком тангенціального навантаження зачинається збільшення майдану контакту. У перетинах, паралельних плоскості контакту, з'являється напруга зрушення. В результаті кожен контактуючий елемент (мікровиступ поверхні) знаходиться в складному напруженому стані під дією нормального і тангенціального навантажень. Майдан контакту, коли прикладено ультразвукове тангенціальне навантаження, зростає у декілька разів. Знакозмінна деформація, що викликається механічними коливаннями, приводить до появи великого числа плям торкання і до розростання їх у вузли схоплювання. [2]

Механічні коливання ультразвукової частоти викликають тертя на поверхнях металів, що приводить до руйнування окисних плівок. Шматочки плівок виштовхуються в зазори між мікровиступами.

Тертя приводить також до інтенсивного виділення тепла в зоні контакту. Під впливом цього тепла метал мікровиступів переходить в пластичний стан, що за наявності нормальних і тангенціальних зусиль викликає його течію. Утворюється область схоплювання за всією площею під голкою зварювального інструменту.

Частота ультразвукових коливань при зварці контактної тяганини з плівкою мікросхеми не вище 50 кгц. Амплітуда коливань голки складає не більше декількох мікрон, щоб не зруйнувати плівку контактного майданчика. Проте для цього потрібно ретельно підтримувати вибраний режим, що у виробничих умовах скрутно. Ультразвукову зварку найчастіше застосовують в лабораторних умовах. [4]

Ультразвукова зварка придатна для м'яких і пластичних металів: золото, алюмінію і мідно-марганцевого сплаву, але не для нихрома і танталу.

Основна трудність ультразвукової зварки полягає в регулюванні тиску, що притискує голку до контактного майданчика. Надмірний тиск роздавлює зволікання виводу або викликає стирання плівки. Малий тиск не приводить до зварки. Тому зручно використовувати для точного регулювання тиску пневматичну систему.

Дефекти з'єднань при термокомпрессионной, контактній і ультразвуковій зварці можна розділити на три групи:

1) хімічне руйнування із-за неправильно вибраної пари металів виводу і контактного майданчика;

2) розтріскування металевої плівки при переході на потовщений контактний майданчик з подальшим перегоранням із-за перегріву в цьому місці при протіканні струму під час експлуатації мікросхеми;

3) попадання забруднень в зону контакту і фіксація їх там, що з часом приводить до місцевих перегрівів і руйнування контактного шва.

Для контактного майданчика кремнієвою ІС переважно алюмінієва плівка, чим золота, оскільки алюміній в контактній зоні під час осадження відбирає кисень від кремнію на себе, що забезпечує отримання хорошого омічного контакту. Із золотом це не відбувається. Крім того, золото має погану адгезію до кремнію, що вимагає введення прошарку з іншого металу. Це небезпечно з точки зору можливого розвитку корозійних процесів. Нарешті, золото має дуже високу міграційну рухливість.

Встановлена можливість вживання вольфраму для контактних майданчиків на кремнієвих і скляних підкладках. Вольфрамовий контактний майданчик має приблизно такий же електричний опір, як і алюмінієва, оскільки отриманий методом вакуумного осадження вольфрам має вищу щільність, ніж алюміній. Поважно, що термічн и т.д.................


Перейти к полному тексту работы



Смотреть похожие работы


* Примечание. Уникальность работы указана на дату публикации, текущее значение может отличаться от указанного.