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

ния, так как нельзя провести отрыв проволоки одновременно по всей площади контакта даже при симметричной схеме (рис. 6.3, е). Такие испытания являются очень жесткими, поэтому соединения могут показать низкие значения усилия отрыва, особенно при сварке проволоки из малопластичных материалов. В этом случае оптимальной схемой испытания может служить отрыв под углом 45 °С (рис. 6.3, в).

При разрушающем испытании микросварных соединений проволоки с контактной площадкой на кристалле или корпусе ИС возможны различные виды разрушений (рис. 6.4), наиболее характерными из которых являются: отслоение деформированного участка проволоки от контактной площадки (рис. 6.4, а); вырыв части пленки вместе с деформированной проволокой (рис. 6.4, б); частичный отрыв деформированной проволоки от поверхности контактной площадки (рис. 6.4, в); обрыв по утоньшению в месте максимальной деформации проволоки (рис. 6.4, г); обрыв по проволоке (рис. 6.4, д).

Испытания на прочность путем разрушения микросоединений под углом 90 °С к поверхности подложки выявили два, чаще всего встречающихся вида разрушений; обрыв по утоньшению проволоки в месте контакта с пленкой и частичное или отслаивание проволоки от пленки. При разрушениях с отслаиванием проволоки на поверхности пленок алюминия видны характерные линии сдвига, а на поверхности золотого покрытия – зоны объемного взаимодействия проволоки с пленкой. Данные виды разрушений характерны и для некоторых соединений при контроле

183

дозированным усилием, т. е. соединений, не выдержавших испытание.

Сварное соединение, выполненное при оптимальных режимах сварки, может разрушаться, как показано на рис. 6.4, в, г, д или реже по схеме рис. 6.4, а. Оптимальным критерием качества контактов является не характер разрушения микросоединений с максимальной прочностью по сравнению с привариваемой проволокой, а стабильность прочности для всех соединений.

Рис. 6.4. Виды разрушений сварных соединений проволоки с пленочной контактной площадкой: а – отслоение деформированного участка проволоки от контактной площадки; б – вырыв части пленки вместе с деформированной проволокой; в – частичный отрыв деформированной проволоки от поверхности контактной

184

площадки; г – обрыв по утоньшению в месте максимальной деформации проволоки; д – обрыв по проволоке

6.4.2. Контроль обдувом струей газа

Данный метод применяется, в основном, для проведения 100 %-ного контроля сформированных проволочных перемычек. При испытаниях методом обдува испытываемый прибор зажимают в оправке и, регулируя параметры потока газа, изменяют силовое воздействие на его соединительные проводники (перемычки). Метод используют последовательно с формированием перемычек или параллельно с визуальным контролем сформированных микросоединений. В процессе контроля оправку с закрепленным прибором вращают и, например, обдувают струей воздуха при давлении 3 104 Па из сопла диаметром 1,6 мм, установленного на расстоянии 20 мм от оправки. Усилие, действующее на выводы, приблизительно равно 4 10-3 Н на вывод.

Одним из основных недостатков данного метода является снижение прочности соединений после проведения контроля. Следует также иметь в виду, что усилия, действующие на выводы, не поддаются точному контролю из-за специфики аэродинамики испытываемых микросоединений.

6.4.3. Контроль воздействием линейных ускоре-

ний

Данный метод основан на воздействии сил инерции на проволочную перемычку, обладающую определенной массой, обусловленных поступательным движением или центробежной силой, возникающими при вращении изделий. Существует несколько способов осуществления рассматриваемого метода: воздействие центробежной силы, одиночных ударов, многократных ударов и вибрации.

Испытания образцов на воздействие линейных ускорений приложением к выводу центробежной силы проводятся на центрифуге, например, при ускорении 20000 g, что для алюминиевой проволоки диаметром 0,04 мм при длине 2 мм соответствует приложению распределенной силы 3,4 10-3 Н. Спектр линейного ускорения трапецеидальной формы приведен на рис. 6.5.

Максимальное ускорение массы (вывода) Хmax определяем по формуле

где jo – максимальное значение ускорения опорного основания; - круговая частота колебаний; t1 – время разгона центрифуги.

Рис. 6.5. Спектр линейного ускорения трапецеидальной формы

Для испытаний на воздействие линейного ускорения применяется специальное оборудование: центрифуги типа Ц-5/300, Ц20000, G-385 или стенды испытания на ударные нагрузки.

Недостатками данных способов является низкая производительность. Сила, прикладываемая к проволочным проводникам из алюминия незначительна, так как величина прилагаемого ускорения ограничена техническими возможностями.

6.4.4. Электромагнитный метод контроля

Этот метод основан на том, что на проводник длиной l с током I, помещенный в магнитное поле напряженностью Н, действует сила Лоренца F = I [l, H], которая и используется в качестве контрольного воздействия.

Сила контрольного воздействия аэкв при электромагнитном методе эквивалента воздействию некоторого ускорения:

где - плотность материала проволоки; d – диаметр проволоки.

При этом направление тока и силовые линии магнитного поля должны быть взаимно перпендикулярны. Величина эквивалентного ускорения тем больше, чем тоньше проволока и меньше плотность материала.

Существуют различные способы контроля

прочности электромагнитным методом:

1. Импульсное пропускание через выводы приборов электрического тока с одновременным импульсным возбуждением магнитного поля в соленоиде. Например, для получения силового воздействия F = 12 10-3 Н на алюминиевую проволоку диаметром 0,025 мм и длиной 2 мм при плотности тока I = 0,5 А необходима величина магнитной индукции 15 Тл. Такую напряженность получают за счет импульсного магнитного поля (так как при постоянном поле насыщение происходит уже при 2 Тл). Время измерения n = 1 мс. Импульсное поле получают в соленоидах, питаемых от генератора постоянного тока специальной конструкции или батареи конденсаторов.

Разработаны и внедрены установки контроля данным способом, совмещенные с измерителем электропараметров приборов, управляемым от ЭВМ. На рис. 6.6 изображена структурная схема установки электромагнитного контроля прочности сварных соединений внутренних выводов транзисторов.

2. Размещение прибора в постоянное магнитное поле и создание в проводниках тока, что имитирует воздействие на проволоку линейного

7. Герметизация полупроводниковых приборов, ИС и микросборок в корпуса

Главной задачей герметизации является предотвращение проникновения внутрь корпуса газов из окружающей среды, всегда содержащих влагу. Влага, проникающая в корпус, растворяет газы и загрязнения, образуя в условиях электрических напряжений электролитические пары.

Под герметичностью понимают способность ка- кой-либо замкнутой конструкции не пропускать через свои элементы жидкость или газ. Абсолютно непроницаемых конструкций не существует, поэтому герметичность характеризуется допустимой утечкой (течью) в единицах потока жидкости или газа. Поток жидкости или газа через микроотверстия выражают в единицах объема при определенном давлении, отнесенных к определенному времени (м3 Па/с).

Герметизация является одной из важнейших операций технологического процесса производства ИЭТ и от ее качества зависит выход годных изделий.

Решающим фактором, определяющим срок безотказной работы ГИС (15 – 20 лет), является остаточная влага внутри их корпусов. В большей степени воздействию влаги подвержены бескорпусные компоненты, проволочные соединения компонентов с контактными площадками платы и пленочные резисторы. Именно влага является причиной и ускорителем многочисленных деградационных процессов, в конечном итоге приводящих к разрушению и отказам элементов ГИС. При этом отказы возникают тем бы-

189

стрее, чем толще слой конденсированной влаги на поверхности компонентов и платы, больше разность потенциалов и меньше расстояние между смежными пленочными элементами схемы, чем выше уровень загрязнения влаги. Непосредственное воздействие на элементы ГИС оказывает слой влаги на поверхности и влага, находящаяся в парообразном состоянии в составе газовой среды в корпусе. Известно, что при понижении температуры окружающей среды ниже точки росы влага конденсируется на поверхности элементов схемы. Температура точки росы зависит от количества влаги в герметизированном пространстве. Задача герметизации сводится к смещению этой температуры за нижний предел температуры эксплуатации ГИС. Значительную опасность для надежности ГИС представляют частые переходы температуры через точку росы, создающие условия конденсации влаги в процессе эксплуатации.

Эффективным методом снижения влажности в герметизированном пространстве является герметизация ГИС в сухой атмосфере. Для этого используют вакуум или сухой азот с точкой росы ниже минус 40 °С. Следует отметить, что этот способ не является достаточным, так как не устраняет влагу, адсорбированную поверхностью деталей конструкции и компонентов ГИС. При этом количество адсорбированной влаги может в сотни раз превышать влажность сухого азота. Десорбция влаги может быть достигнута прока-

190