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

отмывок от флюса, который может отрицательно повлиять на параметры прибора и снизить надежность сборочных узлов. Поэтому, в целях исключения дополнительной операции (отмывки) и поддержания надежности на требуемом уровне, целесообразно проводить бесфлюсовую пайку кристаллов в восстановительной или защитной среде.

Качество пайки во многом зависит от места расположения припоя перед пайкой. Возможно традиционное расположение прокладки припоя непосредственно под кристаллом, однако 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 теплопроводности шва и снижению надежности транзистора.

Этого недостатка лишен способ сборки приборов, в котором использован капиллярный эффект заполнения зазора припоем в процессе пайки кристалла. Перед пайкой в непосредственном касании одной из боковых граней кристалла располагается навеска припоя ПОС-61 (рис. 2.1). Детали фиксируются относительно корпуса специальной кассетой. Кассету со сборками помещают в конвейерную водородную печь, где при температуре 390 – 420 ºС происходит расплавление припоя, который за счет капиллярных сил заполняет микрозазор между коллекторной стороной кристалла и никелированным корпусом, смачивает эти поверхности и при кристаллизации образуется качественный паяный шов. Характерной осо-

бенностью этого процесса является то, что оксидные пленки и загрязнения остаются за пределами паяного шва – в месте первоначального расположения навески припоя.

Рис. 2.1. Схема напайки кристалла на никелированное основание с использованием капиллярного эффекта: 1 – навеска припоя; 2 – кристалл; 3 – основание

Изменение температуры нагрева кассеты со сборками в канале конвейерной печи от скорости движения ленты показано на рис. 2.2.

Рис. 2.2. Зависимость температуры нагрева кассеты со сборками в канале конвейерной печи от времени при скорости движения ленты 13 см/мин

Способ сборки приборов с применением капиллярного эффекта широко используется в мас-

совом производстве мощных транзисторов. Возможно применение другого способа сборки

изделий в восстановительной среде, не требующего нанесения на коллекторную сторону кристалла никакой металлизации: пайка кремниевого кристалла может быть реализована с использованием никелевых (или медных) пористых сред. Для пайки в этом случае применяется свинец с добавкой нескольких процентов олова (ПОС-2). Однако предложенное расположение деталей при пайке (рис. 2.3) не обеспечит выведения оксидных пленок и других включений, находящихся на припойной прокладке. Это может привести к ухудшению сплошности шва. Кроме того, детали не фиксируются между собой и сборка должна обеспечиваться специальной кассетой.

Этих недостатков лишен способ сборки, заключающийся в том, что в основании корпуса (рис. 2.4) формируют прямоугольное углубление, в котором размещают фильтрующий – легирующий элемент (пористую никелевую прокладку, на которую укладывают припойную прокладку в виде рамки). При этом внешние стороны рамки равны размерам углубления в корпусе, а размеры отверстия соответствуют площади кристалла. Припойные рамки обычно штампуются из фольги заданной толщины припоя ПОС-2. В отверстия припойной рамки размещают кристалл. Затем приборы, собранные указанным способом, помещают в конвейерную водородную печь. В процессе пайки при температуре 390 10 ºС припойная рамка расплавляется и пропитывает никелевую пористую прокладку, при этом происходит очистка припоя от

26

оксидных пленок и других загрязнений, легирование припоя никелем при фильтрации расплава через пористую прокладку. Очищенный и легированный припой, взаимодействуя с кремнием, формирует качественный паяный шов кристалл – корпус.

Рис. 2.3. Пайка кристалла с использованием пористых сред: 1 – кристалл; 2 – пористая среда в виде прокладки; 3 – припой; 4 – основание корпуса

Рис. 2.4. Пайка кристалла на основании корпуса с углублением: 1 – пористая никелевая прокладка; 2 – припойная прокладка; 3 – кристалл; 4

– основание корпуса

Определение размеров навески припоя проводится расчетным путем с учетом пористости фильтрующего элемента, его размером и уточня-

27

ется экспериментальными исследованиями. Описанный способ сборки испытан в серийном производстве

ипозволяет обеспечить по сравнению с существующими способами ориентированную загрузку кристаллов и их фиксацию относительно корпуса до начала процесса пайки. Применение кассеты, которая необходима только для обеспечения давления на кристалл в процессе пайки, упрощает сборку и повышает качество, а, следовательно, и процент выхода годных транзисторов.

Металлостеклянные корпуса транзисторов со штырьковыми выводами типа КТ-1, КТ-2, КТ-3 и другие широко используются в электронной технике

ихорошо известны специалистам. Эти корпуса имеют общие особенности конструкции: внешние выводы их перпендикулярны основанию корпуса или фланцу и соединены с ним через стеклоизоляторы металлостеклянным спаем. Концы выводов выведены внутрь корпуса и являются его траверсами.

Транзисторы малой и средней мощности отличаются малыми размерами кристаллов (ориентиро-

вочно от 0,3 0,3 до 1,2 1,2 мм). Манипулирование такими кристаллами, сборка их в кассеты затруднена в связи с их малостью. Преимущественно используемый способ посадки кристаллов в такие корпуса – контактно-реактивная пайка.

В электронной промышленности применяются варианты конструкций, содержащие золоченые детали, несущие функциональную нагрузку при сборке, например, компенсаторов (диски из ковара или молибдена), покрытых золотом. На такой компенсатор

контактно-реактивной пайкой присоединяется кристалл. Затем компенсатор с кристаллом с помощью мягкого припоя паяется в корпус транзистора, покрытый никелем. Такие конструкции используются в серийном производстве транзисторов средней и большой мощности. Следует помнить, что наличие дополнительной детали компенсатора – приводит к увеличению трудоемкости сборки, снижению надежности изделия за счет появления в конструкции дополнительного паяного шва с низкой термостойкостью (золото – мягкий припой). Эти недостатки отсутствуют в конструкции корпуса, предусматривающей локальное золочение участков под пайку кристаллов и присоединение выводов.

Рассматриваемые методы сборки приборов с использованием локального золочения корпусов могут использоваться в серийном производстве. НО будущее корпусов со штырьковыми выводами в наиболее перспективном алюминиевом покрытии, которое позволяет на применяемом оборудовании при незначительном изменении режимов пайки обеспечить сборку транзисторов, исключив при этом из конструкции пару металлов с низкой надежностью (алюминий – золото). Присоединение внутренних выводов к алюминиевой металлизации возможно термокомпрессионной, ультразвуковой и термозвуковой микросваркой.

Мощные транзисторы в металлостеклянных корпусах содержат золото в виде покрытий кол-

– размер отпечатка клея должен быть больше размера кристалла не менее чем на 0,15 мм на каждой стороне.

Посадку кристалла можно осуществлять на установке ЭМ-438М. Перед посадкой на керамическую подложку кристаллодержатель предварительно нагревается в течение 30 с при температуре 100 10 °С. Для всех типоразмеров кристаллов время присоединения составляло 0,6 с, время вибрации – 0,2 с, причем вибрация включается через 0,1 с, после опускания инструмента. Затем осуществляется полимеризация готового клеевого соединения в следующих ре-

Таблица 2.1

Оптимальные режимы дозирования клея ВК-32- 200 и присоединения кристаллов

При термокомпрессионной разварке выводов на кристалл, посаженный на клей ВК-32-200, прочность клеевого соединения снижается всего на 50 %, т. е. не ниже прочности, требуемой технологическим процессом.

Максимальная прочность клеевого соединения будет в том случае, если вся его поверхность будет полностью смочена клеящим веществом. На практике полностью заполнить клеем все неровности поверхности не удается. Этому препятствует воздух, уплотняемый в замкнутом пространстве в неровностях: его давление уравновешивается внешним давлением, что препятствует проникновению клея в глубь неровностей.

Глубину заполнения клеем неровностей поверхности, имеющих коническую форму, можно определить по формуле

где Н – средняя глубина норы; Р – внешнее давление;

РH – начальное давление воздуха в порах; – поверхностное натяжение на межфазной границе клей – воздух.

2.3. Пайка стеклом