Материал: Сборочные операции и их контроль в микроэлектронике. Балашов Ю.С., Зенин В.В

боте.

Следует отметить, что сульфид серебра не всегда формируется в виде пленок. В некоторых случаях на серебряном покрытии вырастают тонкие копьевидные кристаллы длиной до 3 – 5 мм, способные приводить к короткому замыканию близлежащих цепей или их размыканию при пониженных температурах. Начало роста нитевидных кристаллов Ag2S происходит на границе раздела фаз Ag – Ag2S, его росту способствуют повышенная влажность и нагрев. Полагают, что рост кристаллов сульфида серебра происходит изза повышенной миграции ионов серебра к активным центрам и высокой подвижности их в присутствии влаги, адсорбируемой пленкой сульфида. Условия, в которых могут вырастать кристаллы сульфида серебра, не поддаются точному прогнозу. В силу этого, конструктор должен знать о вероятности их образования и учитывать это явление при проектировании ИЭТ, особенно при выборе покрытий под пайку или сварку. Знание этого явления позволит производить работоспособные и надежные ИЭТ.

Методами микрорентгеноспектрального анализа и сканирующей электронной микроскопии исследовано серебряное покрытие на печатных платах из фольгированного стеклотекстолита марки СФ. Исследования показали, что гальваническое покрытие имеет ровные и плотные участки размером 20 – 50 мкм, чередующиеся с участками неправильной формы, в которых сконцентрированы поры размером 0,5 – 1 мкм. Отмечено, что в порах серебряное покрытие имеет толщину менее 1 мкм.

Покрытия никелем и его сплавами. Покры-

тия корпусов ИЭТ никелем и его сплавами широко используются в электронной промышленности. Основным недостатком никелевых покрытии является низкая теплостойкость, поэтому их применяют только при низкотемпературном монтаже элементов или при пайке в защитной среде. Для повышения теплостойкости никелевые покрытия легируются тугоплавкими металлами Со, W, Mo, Re и В. Практическое применение в электронной промышленности нашли покрытия никеля, легированные до 1 % В. Легирование никеля бором существенно повышает температурную стабильность сплава даже при малой концентрации бора, а микротвердость и хрупкость покрытия уменьшают путем отжига.

Установлено, что паяемость покрытий никель – бор (с содержанием бора от 0,46 до 0,87 %) припоем ПОС61 со спиртоканифольным флюсом лучше, чем никелевых. Коэффициент растекания составляет от 1,03 до 1,10, что согласно ГОСТу 9.302-79 считается удовлетворительным. Это связано с тем, что легирование никелевых покрытий бором способствует уменьшению образования поверхностных оксидов никеля (NiO и Ni2O3), а оксидная пленка, образующаяся при окислении бора (В2О3), легко удаляется флюсом при температуре расплавленного припоя и не препятствует смачиванию покрытия.

Следует отметить, что при изготовлении некоторых полупроводниковых ИЭТ кристаллы к

корпусам припаиваются без флюса (в защитной среде). Поэтому паяемость покрытий никель – бор в данных средах может отличаться от паяемости с использованием флюсов.

Гальванические покрытия контактных поверхностей кристалла и корпуса при пайке ИЭТ должны обладать не только хорошей смачиваемостью, но и высокой коррозионной стойкостью. Этим требованиям в полной мере отвечают сплавы никеля с оловом и индием.

При осаждении сплава олово – никель необходимо строго соблюдать условия электроосаждения: температуру электролиза, соотношение концентраций компонентов электролита, плотность тока. Практическое значение получили фторидхлоридные электролиты, из которых получают блестящие покрытия с содержанием олова от 50 до 65 %. Основными компонентами электролита являются хлориды олова и никеля, фториды натрия и аммония. Недостатком электролита является то, что в присутствии фторида аммония покрытия осаждаются хрупкие, что значительно снижает их способность к пайке. Установлено, что введение во фторидхлоридный электролит органической добавки ОС-20 позволяет получать качественно другие покрытия из сплава никель – олово, не блестящие, а серебристо-белые. ОС-20 – это оксиэтилированный спирт неионогенного характера

RO(CH2CH2О)nCH2CH2OH,

где R – алкильный остаток, содержащий 16 – 18 атомов углерода; n = 19 – 24.

Для осаждения паяемых блестящих электроли-

тических покрытий сплавом никель – олово в качестве блескообразователя применяются фторид аммония и многие другие органические добавки.

Исследования микроструктуры поверхности покрытий, полученных из электролитов с добавкой препарата ОС-20 при плотности тока 0,75 А/дм2 и различных температурах, показали следующие результаты. При температуре 40 °С получаются крупнокристаллические покрытия, в которых массовая доля олова составляет 99,8 % (по технологии электролиза – 65 %). Повышение температуры электролита до 65 – 80 ºС (без добавки препарата ОС-20 или при содержании его в электролите 5 г/л) приводило к увеличению массовой доли никеля в сплаве до 30 – 35 %. Получаемые покрытия приобретало мелкокристаллическую структуру и блеск.

Установлено влияние добавки ОС-20 на коррозионную стойкость сплавов никель – олово

иникель – индий. Исследовалось не только электрохимическое поведение покрытий из этих сплавов, нанесенных на бериллиевую основу, но

испособность этих покрытий к пайке. Для исследований влияния термообработки на качество облуживаемости использовались образцы из бериллиевой бронзы с покрытиями из никеля, сплавов никель – олово и никель – индий. Образцы выдерживали в термошкафу при 170 °С в течение 4 ч, при 150 °С – 7 ч и при 125 °С – 14 ч. Последующее облуживание припоем ПОС61 со спиртоканифольным флюсом показало для пер-

5.2. Инструмент для сварки внутренних выводов

Сварочный инструмент является одним из основных элементов сварочного оборудования, от которого зависит получение качественных соединений СПП.

При сварке широко применяются капилляры с боковым отверстием. При разработке инструмента с боковым отверстием для автоматических сварочных установок необходимо учитывать условие гарантированного совмещения проволоки с рабочим пазом инструмента и ограничения на ее свободную протяжку. Опытным путем найдены оптимальные соотношения между размерами рабочих элементов инструмента и диаметром привариваемой проволоки, на базе которых предложена конструкция инструмента для автоматической сварки.

Площадь физического контакта проволочных выводов с контактными площадками при сварке может быть увеличена за счет изменения формы торца инструмента. Установлено, что при УЗС инструментом с V-образным пазом на торце при одной и той же степени деформации алюминиевой проволоки усилие осадки будет больше, чем для инструмента с плоским торцом. Это приводит к активации контактных поверхностей и увеличению площади физического контакта в зоне проволока-пленка, а, следовательно, и к повышению прочности сварных соединений.

Рекомендуется проводить сварку при усилии нагружения инструмента при сварке (Fсв.) меньше оптимального сварочного давления (Fсв.опт). При сварочном давлении Fсв. > Fсв. опт. возможно снижение прочности соединения. При усилиях Fсв. Fсв. опт. получают

144

качественные соединения с деформацией алюминиевой проволоки 30 – 50 %. Эти режимы обеспечивают максимальную прочность сварных соединений при высокой производительности процесса монтажа.

Одним из основных показателей, характеризующих качество проволочного монтажа, является прочность проволочной перемычки на растяжение, которая зависит от площади зон взаимодействия материалов в сварном соединении и от состояния участка перехода проволоки из сварного соединения в вывод, т. е. от прочности «шейки» вывода. Поэтому при выборе режимов сварки необходимо определять оптимальную степень деформации проволоки, при которой не происходит чрезмерного ослабления «шейки». На прочность «шейки» большое влияние оказывают размеры и чистота поверхности капиллярного отверстия, через которое протягивают проволоку в процессе формирования перемычки, т. к. трение проволоки в отверстии сварочного инструмента может ослаблять прочность перемычки.

Известно, что максимальная сила трения возникает после сварки на кристалле в начальный момент перемещения инструмента на позицию сварки на траверсе или корпусе. Эта сила не разрушает сварное соединение, если создаваемое усилие при протягивании проволоки через капиллярное отверстие меньше заданного значения прочности «шейки» вывода. Зная минимальное

145