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

вых изделий.

Авторами данной работы исследовались следующие покрытия: никель химический, сплавы никель – олово с органической добавкой ОС-20 и серебро гальваническое. В качестве припоев использовали ПОС40, ПОС61 и ПСр2.5, наиболее распространенные в технологии производства полупроводниковых ИЭТ.

Основной трудностью сборочных операций по серебряному покрытию является наличие на поверхности сульфидной пленки Ag2S. Анализ существующих методов очистки серебряных покрытий (механических, химических и электрохимических) показал, что они характеризуются высокой трудоемкостью при низкой эффективности.

Исследования показали, что наиболее эффективным способом подготовки к сборочным операциям оснований корпусов с серебряным покрытием является их отжиг в кислороде при температуре 300 °С в течение 30 мин.

Микроструктурным и рентгеноспектральным микроанализом установлено, что после отжига с поверхности покрытия удаляется сульфидная пленка Ag2S и образуется оксидная пленка Ag2О толщиной 500 – 600 Å, она обеспечивает необходимое растекание припоев на основе олова и свинца при пайке.

Исследования смачивания и растекания припоев по Ni – Sn с добавкой ОС-20 показали, что припои (ПОС40, ПОС61 и ПСр2.5) хорошо растекаются по данному покрытию. Добавка ОС-20 в составе покрытия Ni – Sn играет роль поверхностно-активного ве-

щества, а при температуре пайки выполняет в некоторой степени роль флюса, тем самым, способствуя лучшему смачиванию и растеканию припоев по покрытиям кристалла и основания корпуса. Внешний вид такого растекания проанализирован с помощью снимков, полученных на растровом электронном микроскопе. Коэффициенты растекания К определяли по формуле К = Sp/So (ГОСТ 9.302-79), где: Sp – площадь, занятая припоем после расплавления и растекания; So – площадь, занятая дозой припоя в исходном состоянии. Исследуемая навеска припоя имеет диаметр 8 мм и толщину 0,3 мм.

В табл. 5.1 приведены данные измерений коэффициентов растекания припоев по покрытиям кристалла и основания корпуса. Для экспериментов использовали по 10 навесок припоя каждой марки.

Для исследования влияния качества паяных соединений кристалла с основанием корпуса на электрические параметры транзисторов типа КТ8232А1 пайку проводили в водороде и в вакууме при оптимальных режимах. При пайке использовали припои ПОС40 в форме двух шариков диаметром 1,1 мм, располагаемых у верхней кромки кристалла, и ПСр2.5 – в форме фольги толщиной 0,2 мм, размещаемой между кристаллом и основанием корпуса. Паяемую поверхность основания корпуса КТ-43-1В использовали в двух вариантах: с канавками и без канавок.

На транзисторах, прошедших все техноло-

гические испытания, замеряли следующие электрические параметры: обратный ток в коллекторе – эмитте-

ре Iкэо (при Uкэ = 250 и 300 В); обратный ток в эмитте- ре-базе Iэбо; напряжение насыщения в коллекторе –

эмиттере Uкэн; напряжение насыщения в базеэмиттере Uбэн; прямое напряжение на диоде Uпр.д; граничное напряжение Uкэо гр. Анализ результатов измерений показал, что способы пайки кристалла к основанию корпуса практически не влияют на электрические параметры, так как все исследуемые приборы имели электрические параметры в пределах допустимых значений. Некоторые изменения параметров (ухудшение или улучшение), по всей видимости, связаны с процессами, происходящими в кристалле.

Определение теплового сопротивления кристалла с корпусом является одним из методов контроля качества изготовления полупроводниковых ИЭТ. Для оценки температуры нагрева кристалла в транзисторе КТ8232А1 был использован термочувствительный параметр Uпр.д (прямое напряжение на диоде). Проведены измерения прямого падения напряжения на диоде ΔUпр.д на приборах, пайку кристаллов Таблица 5.1

Растекание припоев по покрытиям кристалла и основания корпуса

в которых осуществляли различными способами. Характеристику зависимости ΔUпр.д определяли экспериментально при различных температурах. Кривизна снижения напряжения S составила

где ΔT – температура перегрева кристалла.

Площадь напайки кристалла к основанию корпуса анализировали с помощью рентгенограмм.

На рис. 5.4 показана зависимость температуры нагрева кристаллов от площади спая кристалла с основанием корпуса.

Рис. 5.4. Зависимость температуры нагрева кристаллов транзисторов КТ232А1 от площади спая кристалла с корпусом: 1 – площадь спая; 2 – температура кристалла

Четкой зависимости температуры нагрева кристалла от площади спая не обнаружено. Анализ рентгенограмм показал, что качество паяных соединений кристаллов с основаниями корпусов зависит от способов пайки. Установлено, что непропаи в паяных швах, полученных при одних и тех же режимах, могут быть на различных участках: в центре кристалла, по углам, периметру и т. п.

Оценку качества пайки кристалла к основанию

156

корпуса целесообразно осуществлять путем замера теплового сопротивления с одновременным анализом рентгенограмм паяных швов исследуемых приборов. Это необходимо проводить при отработке новой технологии пайки кристаллов к основаниям корпусов и установлении критериев оценки для серийного производства полупроводниковых приборов.

5.4. Ультразвуковая сварка внутренних выводов

Для монтажа соединений между кристаллом и траверсой корпуса СПП применяется в основном алюминиевая проволока диаметром свыше 0,25 мм. Наиболее важными механическими свойствами привариваемой проволоки являются прочность и относительное удлинение. Для стабилизации свойств проволоку подвергают отжигу перед монтажом. Целью отжига являются снижение механической прочности и повышение пластичности проволоки.

Анализ способов присоединения внутренних выводов в СПП показал, что наиболее перспективным является УЗС. Качество соединений при УЗС определяется следующими факторами:

–материалом и конструкцией сварочного инструмента;

–физико-механическими свойствами и состоянием поверхности соединяемых элементов;

–режимами сварки;

157

ниям корпусов СПП обусловлено процессами рекристаллизации как в покрытиях, так и в материале основы (медного корпуса).

Исследования микротвердости серебряных и никелевых покрытий, нанесенных на медные основания корпусов, показали, что их микротвердость как после нанесения, так и после отжига при температуре, соответствующей режиму пайки кристаллов к основаниям корпусов, зависит в основном от физикомеханических свойств металла основы (корпуса).

Проведены исследования по свариваемости алюминиевой проволоки марки АОЦПоМ диаметром 0,25 мм с корпусами, покрытыми серебром гальваническим на меди (рис. 5.5, а) и серебром гальваническим с подслоем химического никеля (рис. 5.5, б). Разваривали соединения ультразвуковой сваркой, используя установку У-153 на оптимальных режимах: сжимающее усилие Q = 250 сН; мощность УЗгенератора W – 5,8 делений лимба на установке; время сварки η = 50 мс. Прочность соединений определяли механическим натяжением проволоки до разрушения с одновременным анализом характера разрушений. Результаты измерений представлены на рис. 5.5. Как видно из этого рисунка, прочность соединений алюминиевой проволоки с покрытием гальваническим серебром с подслоем химического никеля выше, чем с покрытием, нанесенным непосредственно на медь. Прочность соединений на покрытиях с предварительным электрохимическим полированием поверхности выше, чем на неполированных. Полирование поверхности улучшает адгезию покрытий к мед-

ной основе и, как следствие, прочность соединений. Это подтверждается анализом характера разрушений. На полированных образцах разрушение соединений происходит по проволоке, на неполированных наблюдаются отслоения проволоки от покрытий. Это связано, по-видимому, с тем, что шероховатость покрытий на полированной медной основе меньше, что создает благоприятные условия для протекания начального этапа образования ультразвукового соединения.

а)