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

б)

Рис. 5.5. Интегральное распределение прочности сварных соединений алюминиевой проволоки марки АОЦПоМ с покрытиями корпусов СПП после отжига в вакууме: 1 и 2 – покрытия, нанесенные соответственно на корпуса без полирования и с предварительным электрохимическим полированием поверхности

Меньшая шероховатость и большая пластичность покрытий облегчают деформацию микровыступов, увеличивают фактическую площадь физического контакта, что и повышает прочность соединений.

Как было отмечено, при формировании качественных соединений необходимо учитывать прочность и относительное удлинение привариваемой проволоки. Следует отметить, что эти свойства могут изменяться в довольно широких пределах для каждой партии и даже для отдельных катушек одной партии проволоки.

Механические свойства проволоки влияют не только на прочность соединений, но и на надежность контактов и полупроводниковых приборов в целом.

Например, прочность алюминиевой проволоки нарушает целостность оксида SiO2 под сварным контактом. Известно, что после ультразвуковой сварки изменяется сопротивление между проволочным выводом и подложкой, т. е. через пленку SiO2. В приборах, в которых используется проволока с высокой прочностью на разрыв, сопротивление утечке значительно выше, чем при сварке приборов отожженной проволокой.

Для исследования механических свойств алюминиевой проволоки проводили ее отжиг в вакууме в течение 5 мин при температурах (± 10°): 300; 350; 400; 450; 500 °С. В таблице пред-

ставлены механические свойства алюминиевой проволоки марок А995 и АОЦПоМ (отжиг при Т= 200 – 220 °С) диаметром 0,25 мм.

С помощью микротвердомера ПМТ-3 исследована микротвердость алюминиевой проволоки. На рис. 5.6 показано интегральное распределение микротвердости алюминиевой проволоки в зависимости от температуры отжига. Как видно из табл. 5.2 и рис. 5.6, с увеличением температуры отжига проволока становится более пластичной.

Для оценки влияния механических свойств проволоки на качество сварных соединений, выполненных УЗС, использовали алюминиевую проволоку марок А995 и АОЦПоМ диаметром 0,25 мм. Для испытаний было разварено по 60 соединений внахлестку на кристалле и корпусе диода Шотки в корпусе ТО-

220. Разварку выводов проводили УЗС (установка У-

153) на режимах, обеспечивающих получение максимальной прочности соединений.

Таблица 5.2 Механические свойства алюминиевой проволоки

Рис. 5.6. Интегральное распределение микротвердости алюминиевой проволоки марок А995 и АОЦПоМ в зависимости от температуры отжига: 1 –

300; 2 – 350; 3 – 400; 4 – 450; 5 – 500 °С; 6 – АОЦПоМ (отжиг при Т = 200

162

– 220 °С); 7 – проволока А995 неотожженная (в состоянии поставки)

Рис. 5.7. Интегральное распределение прочности сварных соединений алюминиевой проволоки марки А995 с никелевой металлизацией корпусов СПП в зависимости от температуры отжига проволоки: 1-300; 2 – 350; 3 – 400; 4 – 450; 5 – 500 °С; б – проволока АОЦПоМ, отожженная при температуре 200 – 220 °С

Прочность сварных соединений определяли натяжением вывода до разрушения соединений с последующим анализом характера разрушения данных соединений.

По результатам испытаний построено интегральное распределение прочности сварных соединений в зависимости от температуры отжига проволоки, представленное на рис. 5.7. Анализ разрушений сварных соединений показал, что

163

6. Контроль микросоединений и изделий электронной техники

Для отраслей промышленности, занимающихся изготовлением ИЭТ, одним из наиболее важных вопросов является обеспечение высокого качества и надежности проволочного монтажа, так как в настоящее время от 35 до 60 % отказов приборов связано с низким качеством присоединения и дефектами внутренних выводов. Поэтому при разработках технологических процессов и оборудования для монтажа внутренних выводов очень важно в зависимости от применяемого метода сборки правильно выбрать необходимые методы управления процессом микросварки и контроля полученных соединений.

Следует отметить, что в последние годы технология и оборудование для монтажа межсоединений значительно усовершенствованы, однако получение надежных микросоединений на высокопроизводительном оборудовании является по-прежнему важной задачей.

6.1. Некоторые особенности контроля качества микросоединений

Основным критерием качества микросоединений является их прочность. При разработке технологии сборочных операций стремятся к тому, чтобы прочность микросоединений составляла не менее 30 % от прочности присоединяемого вывода. В массовом производстве полупроводниковых приборов и инте-

165

гральных микросхем невозможно проанализировать каждое соединение и убедиться в его прочности. Создать гарантированное прочное микросоединение при высокой производительности сборочных процессов можно путем выявления и устранения всех факторов, отрицательно влияющих на качество контактов. Следует отметить, что в технологии производства ИЭТ единые критерии оценки качества микросоединений пока отсутствуют. В каждом конкретном случае выбираются свои технические средства и схемы испытаний, методика обработки и анализ качества микросоединений.

Во многих случаях испытания надежности микросоединений в ИЭТ строятся на исследовании механизма отказов, т. е. вместо длительных испытаний или параллельно с ними проводятся небольшие по объему ускоренные испытания при жестких режимах. Одним из распространенных методов контроля качества микросоединений является испытание проволочных соединений на растяжение.

При контроле прочности микросоединений статическими и динамическими испытаниями необходимо учитывать расположение контактных площадок на разных уровнях. Установлено, что при испытаниях на растяжение важную роль играет угол отрыва проволочной перемычки, так как при малых углах измеренная прочность сварного соединения оказывается в несколько раз меньше действительной величины.

166

Эффективным способом обеспечения качества и надежности межсоединений является оптимизация режимов монтажа, а также контроль, прогнозирование качества сварки и управление технологическим процессом. Обязательным этапом выполнения работ по оптимизации является математическое описание сварочных процессов и статистический анализ распределений межсоединений по прочности с учетом конкретного вида разрушений. При использовании математических моделей для оценки качества микросоединений необходимо учитывать следующие факторы: нестабильность сечения микропроволоки, изменение толщины пленочной металлизации на кристалле и корпусе для разных приборов одной и той же партии.

Из неразрушающих методов контроля следует отметить следующие: обдув струей газа под давлением, ультразвуковой резонансный контроль микросварных соединений, электромагнитный метод, контроль качества микросоединений по тепловым параметрам зоны соединения. Некоторые из дефектов (отклонение геометрических размеров микросварных соединений, плохое совмещение проволоки с контактными площадками кристалла или корпуса, чрезмерное натяжение или провисание проволоки) можно обнаружить визуальным контролем с помощью микроскопов.

6.2. Характерные дефекты внешнего вида микросоединений

Известно, что качество микросварных соединений, выполненных на оптимальных режимах, можно с большой достоверностью оценить визуальным контролем под микроскопом. При микросварке давлением проволочных выводов прочность микросоединений зависит от величины деформации проволоки. Величина деформации проволоки является обобщенной характеристикой режимов сборочных процессов: температуры, давления и времени сварки.

Перечень контрольно-измерительных операций в технологическом процессе монтажа проволочных выводов представлен в табл. 6.1.

Таблица 6.1

Контрольно-измерительные операции в технологическом процессе монтажа проволоч-

ных выводов интегральных схем