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

усилие отрыва для данного сечения проволоки, можно подобрать такое сечение капиллярного отверстия сварочного инструмента, в котором сила трения при протягивании проволоки не создает усилий отрыва больше допустимых значений. При этом прочность проволочной перемычки должна регистрироваться с помощью специальных датчиков.

Следует отметить, что перечисленные выше конструкции сварочных инструментов используются в установках для сборки маломощных полупроводниковых ИЭТ, в которых перемычка между кристаллом и траверсами корпуса формируется проволокой диаметром до 0,06 мм.

В СПП при УЗС выводов используется алюминиевая проволока диаметром 0,25 мм и более. Соединения должны иметь плавный переход сварного соединения в проволоку, «без шейки», так как повышенное напряженное состояние данного участка соединения приводит к увеличению электрического сопротивления контактов под токовой нагрузкой и, естественно, к снижению надежности СПП.

Для УЗС проволочных выводов в СПП разработана конструкция сварочного инструмента. Инструмент для УЗС (рис. 5.1) имеет рабочую площадку 1 с продольной канавкой 2, поперечное сечение которой имеет форму равнобочной трапеции с размерами в нижнем основании 1,0 d, в верхнем – 0,75 d и высотой 0,6 d, где d – диаметр привариваемой проволоки. При этом радиус закругления R1 на передней кромке рабочей площадки инструмента равен радиусу изгиба проволоки при сварке на корпусе, а радиус закругле-

ния R2 – соответствует радиусу изгиба проволоки при подаче ее через капиллярное отверстие в зону сварки на кристалле.

Ширина канавки на рабочей площадке инструмента в нижнем основании, равная диаметру привариваемой проволоки, обеспечивает центрирование проволоки относительно контактной площадки при сварке. Глубина канавки, равная 0,6 диаметра проволоки, ограничивает деформацию проволоки при сварке и практически исключает ее заклинивание в канавке инструмента после сварки.

Радиусы закругления R1 на передней кромке рабочей площадки инструмента и R2 на задней кромке – позволяют формировать плавный переход от сварного соединения к недеформированному сечению проволоки, т. е. получать сварные соединения без «шейки». Радиус R1 зависит от формы перемычки проволоки между кристаллом и корпусом, а радиус R2 – от упругих свойств проволоки и угла наклона капиллярного отверстия инструмента.

Схема присоединения проволочных выводов в диодах Шоттки в корпусе ТО-220 представлена на рис. 5.2.

Использование разработанной конструкции инструмента для УЗС по сравнению с существующими конструкциями имеет следующие преимущества: обеспечивает напряженное состояние в проволоке в зоне сварки близкое к всестороннему сжатию; способствует минимальной

формацию вывода при сварке и исключает контактирование выступов инструмента с контактной площадкой.

Боковое отверстие для подачи привариваемого вывода, выполненное в виде прямоугольника обеспечивает перемещение вывода в зону сварки.

Инструмент работает следующим образом. Привариваемая лента толщиной “а” и шириной

“б” пропускается через боковое отверстие 2 инструмента таким образом, при котором конец ее располагается в пазу 4 рабочей площадки 3 и совмещается с контактной площадкой на кристалле. После сварки на кристалле инструмент перемещается вверх к сварке на корпусе.

При этом вывод протаскивается через боковое отверстие 2, деформируясь и образуя петлю. При небольшом превышении размеров отверстия 2 относительно размеров вывода происходит надрыв сварного соединения на кристалле. При значительном превышении надрывы исключаются, но ухудшается точность совмещения вывода относительно рабочей площадки инструмента и контактной площадкой на траверсе корпуса.

Выполнение бокового отверстия в форме прямоугольника с заданными размерами улучшает прохождение привариваемой ленты через отверстие, исключает надрывы сварного соединения при подъеме инструмента вверх после образования сварного соединения на кристалле и повышает точность подачи вывода под рабочую площадку инструмента к месту сварки на корпусе.

150

При сварке на кристалле или корпусе инструмент, имеющий продольную канавку на рабочей площадке высотой до 0,8 а и шириной до 1,2 б, где “а” – толщина, а “б” – ширина привариваемого вывода, обеспечивает центрирование вывода относительно контактной площадки и минимальную его деформацию, а также исключает контактирование выступов инструмента с контактной площадкой при сварке.

Сварка инструментом с продольной канавкой на рабочей площадке обеспечивает равномерную прочность сварного соединения по всей площади взаимодействия ленточного вывода с контактной площадкой кристалла или корпуса.

Таким образом, использование предлагаемого инструмента для сварки по сравнению с существующими конструкциями имеет следующие преимущества: возможность сварки ленточных выводов; способствует минимальной деформации привариваемого вывода в зоне сварки; получение равномерной прочности сварных соединений по всей площади взаимодействия вывода с контактной площадкой кристалла или корпуса; исключает контактирование выступов инструмента с контактной площадкой при сварке.

Следует отметить, что использование данной конструкции инструмента для сварки ленточных выводов возможно на установке, которая обеспечивает получение качественных сварных соединений, особенно на кристаллах СПП. Для

151

этой цели необходимо использование специального способа сварки, позволяющего разрушать и удалять оксидные пленки с соединяемых поверхностей, а также обеспечивать необходимую пластичность материалов в зоне сварного соединения.

5.3.Соединение полупроводниковых кристаллов

соснованиями корпусов методом пайки

В производстве полупроводниковых ИЭТ на многих сборочных операциях широко используется пайка. На такие операции пайки, как монтаж кристаллов, присоединение внутренних выводов, герметизация, приходится более 25 % общей трудоемкости сборочных операций.

Качество пайки во многом зависит от места расположения припоя. При традиционном расположении прокладки припоя непосредственно под кристаллом в процессе пайки оксидные пленки и загрязнения на поверхности прокладки при расплавлении остаются в зоне шва, что ухудшает смачиваемость припоем поверхности кристалла и корпуса, нарушает сплошность шва, а это в свою очередь приводит к ухудшению его теплопроводности и снижению надежности ИЭТ.

Для улучшения смачивания припоем паяемой поверхности кристалла и основания корпуса широко используют капиллярный эффект заполнения зазора припоем в процессе пайки кристалла. Перед пайкой в непосредственном касании одной из боковых граней кристалла располагается навеска припоя в виде ша-

рика. Детали фиксируются относительно корпуса специальной кассетой, помещаемой в конвейерную водородную печь. Здесь при температуре (390 ± 20) °С происходит расплавление припоя, который благодаря капиллярным силам заполняет микрозазор между коллекторной стороной кристалла и основанием корпуса, смачивает эти поверхности, и при кристаллизации образуется паяный шов. Характерной особенностью этого процесса является то, что оксидные пленки и загрязнения остаются за пределами паяного шва – в месте первоначального расположения навески припоя.

Пайка кристаллов мощных транзисторов на мягкий припой более предпочтительна, нежели эвтектическая контактно-реактивная, так как в жестких эвтектических швах, особенно в случае пайки кристаллов больших размеров, могут возникать внутренние напряжения, приводящие к разрушению кристалла. В паяных соединениях кристаллов, образованных мягкими припоями, внутренние напряжения частично релаксируются и разрушения кристаллов даже при циклических испытаниях не наблюдаются.

Таким образом, при соединении кристаллов с основаниями корпусов наиболее широко применяется пайка, так как она обеспечивает металлургическую связь, а главное, электрический контакт, который с увеличением площади спая повышает надежность механического контакта и электрические характеристики полупроводнико-