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

Окончание Таблицы 6.1

Фотографии внешнего вида качественных микросоединений, а также дефектных контактов, характерных для конкретного прибора и вида монтажа, должны быть у каждого контрольного мастера. Качество микросоединений контролируемых приборов сравнивается с эталонными образцами. При контроле прочности микросоединений разрушению подвергаются не менее трех соединений из партии приборов. Если прочность соединения не удовлетворяет заданным требованиям, то всю партию приборов, как правило, бракуют.

6.3. Неразрушающие методы контроля качества микросварных соединений

В технологии производства ИЭТ одновременно с совершенствованием сборочного оборудования и оптимизацией технологических процессов монтажа развиваются методы и средства неразрушающего контроля качества микросоединений. К неразрушающим

методам прямой оценки качества микросоединений относятся:

–визуальный контроль под микроскопом;

–оценка электрических параметров контактного соединения: сопротивления, емкости, шума;

–ультразвуковое воздействие;

–контроль по тепловым параметрам;

–контроль по минимально заданному усилию на отрыв;

–обдув струей газа под давлением;

–рентгеновский контроль;

– электромагнитное воздействие. Заслуживает внимания контроль по тепло-

вым параметрам зоны соединения. Для определения тепловых полей, несущих информацию о качестве контролируемых соединений, применяют бесконтактный метод по инфракрасному излучению и контактный с помощью жидких кристаллов.

Наиболее широкое распространение в технологическом процессе сборки полупроводниковых приборов и микросборок получил неразрушающий метод прямого контроля качества микросоединений визуальным осмотром контактов под микроскопом. При выпуске особо надежных приборов применяют рентгеновский контроль просвечиванием приборов на пленку или с помощью рентгенотелевизионного микроскопа.

Электромагнитный метод применяется при отбраковочных испытаниях полупроводниковых

приборов. Для этого метода используются установки, управляемые ЭВМ.

6.3.1. Контроль геометрических размеров микросварных соединений (визуальный контроль)

Визуальный контроль качества микросварных соединений в настоящее время остается одним из основных методов 100 %-ного контроля сформированных микросварных соединений. В качестве основного критерия в данном случае используют величину и стабильность деформации присоединенной проволоки. Стабильность деформации проволоки после сварки считают показателем точности поддержания режимов и воспроизведения условий процесса сварки, т.е. стабильности прочности и других характеристик полученных сварных соединений.

Визуальный метод контроля предполагает, что внешний вид сварных соединений связан с их прочностью и зависит от деформации проволоки. При малой деформации прочность сварного соединения, как правило, незначительная. В этом случае при испытаниях прибора может произойти разрушение микросоединений по сварному шву. С увеличением деформации проволоки прочность соединений возрастает, но начинает снижаться прочность вывода за счет ослабления его сечения в месте наибольшей деформации. Поэтому оптимальная деформация определяется при достижении максимальной прочности соединений на отрыв и ее стабильности для всех контактов. Так, например, для микросоединений алюминиевой микро-

171

проволоки, полученных методом ультразвуковой сварки, оптимальной считается деформация 35 – 45 % от исходного диаметра вывода.

Деформация проволоки диаметром d может определяться по величине ее осадки :

где t - толщина деформированного участка проволоки.

Поскольку оценить толщину деформированного участка трудно, то оценка деформации проволоки может быть выражена через ширину (диаметр) сварной точки:

где В - ширина (диаметр) деформированного участка проволоки (сварной точки).

При визуальном контроле микросварных соединений могут быть также обнаружены такие дефекты, как несоответствие места положения сварных соединений контактным площадкам прибора, разрушение поверхности полупроводникового кристалла, диэлектрических покрытий и металлических пленок, надрезы и надрывы проволоки и т. д.

6.3.2. Контроль по электрическим характеристикам контактов

Сварные соединения при пропускании через них электрического тока характеризуются рядом

172

электрических параметров: омическим сопротивлением, емкостью, спектром шума. Величина контактного электросопротивления сформированного микросварного соединения корректируется с прочностью и воспроизводимостью качества соединений, поэтому измерение электросопротивления или падения напряжений дает возможность контролировать качество микросварного соединения. Для повышения эффективности данного метода контролируют изменение падения электрического напряжения на контакте при приложении к нему калиброванной механической нагрузки отрыва натяжением вывода.

Следует отметить, что рассматриваемый метод трудно осуществим для контроля проволочного монтажа полупроводниковых приборов и интегральных схем, так как в этих цепях включено множество сопротивлений. Практически этот метод используется для сравнения качества соединений выводов, выполненных различными способами или в различных режимах. Исследования возможности контроля качества микросварных соединений по величине электрической емкости контакта не дают положительных результатов для полупроводниковых приборов.

Контроль сформированных соединений путем измерения спектра шума при пропускании через контакт постоянного электрического тока также не пригоден для определения качества изолированных контактов из-за сложных электрических цепей полупроводниковых приборов и интегральных схем. Шумовое напряжение контактов значительно меньше шумового напряжения всей цепи прибора, содержащего

кроме контактов p-n-переходы и резисторы.

6.3.3. Контроль качества ультразвуковым методом

Данный метод контроля качества сформированных микросварных соединений основан на свойстве электрического импеданса изменяться в зависимости от условий прохождения ультразвуковых колебаний в исследуемом микросварном соединении. Известны контактный и бесконтактный способы контроля данным методом.

Контактный способ осуществляется с помощью установки (рис. 6.1), оснащенной системой статического нагружения, в которой закреплен зонд-волновод. Система статического нагружения обеспечивает постоянство контактных усилий, а по изменению электрического импеданса пьезоэлемента, закрепленного на зондеволноводе, судят о качестве сварного соединения. После установки зонда-волновода на поверхность контролируемого микросварного соединения в волновую систему его включается сварное соединение. Поэтому качество сварного соединения при прохождении волны через систему зонд-соединение оказывает влияние на электрический импеданс пьезопреобразователя. Изменения электрического импеданса коррелируют с качеством сварных соединений, в результате чего устанавливается процент отраженной энергии при наличии непроваров и других де-

фектов между контактной площадкой и выводом, так как при идеальном сварном соединении ультразвуковая волна имеет минимальные потери.

Рис. 6.1. Схема установки контроля качества микросоединений ультразвуковым резонансным методом: 1 – алюминиевая проволока; 2 – пленочная металлизация (контактная площадка); 3 – зондволновод; 4 – пьезоэлемент; 5 – измеритель электрического импеданса; 6 – генератор; 7 – держатель зонда; 8 – система нагружения; 9 – индикатор нагружения

Таким образом, контактный способ является трудоемким и имеет низкую чувствительность для малых размеров контактных соединений, он может быть применен для выборочного контроля и исследований качества микросоединений.

Бесконтактный способ осуществляется с помощью электромагнитоакустических датчиков, которые располагают над зоной контролируемого микросварного соединения. Датчики состоят из стержней и катушек, излучающие торцы находятся над контролируемым соединением. На электромагнитоакустиче-

ские датчики подают радиоимпульсы, усиливаемые электромагнитом, расположенным над датчиком. Импульсы возбуждают в соединяемых деталях ультразвуковые колебания, которые в свою очередь наводят ЭДС в катушках датчиков. Величина последней зависит от качества микросварного соединения. Наведенная ЭДС поступает на вход приемного устройства, где происходит ее усиление. При пропускании ЭДС через амплитудный селектор анализируется величина сигнала, определяющая качество соединения. Величина напряжения, снимаемого с электромагнитоакустического датчика, при изменении качества микросварного соединения определяется по формуле

где I – ток, возбуждаемый в катушке датчика; n – число витков катушки; B – индукция магнитного поля; h – зазор между датчиком и микросварным соединением; R – средний радиус катушки датчика; S – площадь зоны сварки; ZS – входной импеданс сварного соединения.

Данный способ является достаточно сложным, а получаемые результаты зависят не только от состояния сварного шва, но и от площади зоны сварки, что трудно коррелируется с качеством микросварных соединений.

6.3.4. Контроль по тепловым параметрам зоны