Правильная ссылка на эту страницу
http://az-design.ru/Support/HardWare/MitsubishiElectric/A19850805Elc008.shtml

Технология присоединения медных выводов кристаллов ИС

Специалисты фирмы Mitsubishi Electric Corp. (Амогасаки, Япония) разрабатывают метод присоединения выводов кристаллов ИС, который позволит преодолеть ряд возникающих в процессе производства проблем. Это станет возможным благодаря тому, что медь обладает большей металлургической стабильностью, чем золото. По их мнению, приварка медных выводов, обеспечивающая получение более прочных соединений, уже в 1986г. может прийти на смену обычной приварке золотых выводов.

Хотя изготовители полупроводниковых приборов используют метод присоединения золотых выводов уже на протяжении многих лет, исследователи из фирмы Mitsubishi полагают, что ультразвуковая термокомпрессия медных шариковых выводов позволяет получить более надежное соединение. Изучались также возможности присоединения алюминиевых и серебряных выводов, но испытания показали, что такие соединения менее надежны, чем полученные путем приварки золотых выводов. Однако тот факт, что медь дешевле золота, не приведет к уменьшению стоимости приборов.

Лаборатория разработок в области технологии производства фирмы Mitsubishi уже изготовила с использованием приварки медных выводов свыше 10 000 маломощных транзисторов. Результаты проведенных испытаний выглядят обнадеживающе, но фирма намерена выполнить гораздо большее число испытаний с целью проверки надежности при длительной работе приборов.

Хотя приварка медных выводов осуществляется аналогично приварке золотых выводов, при реализации нового метода необходимы некоторые конструктивно-технологические изменения. Как и в случае золота, между медным шариком и алюминиевой контактной площадкой при повышенной температуре сварки образуется интерметаллическое соединение. Однако для образования такого соединения на границе между медью и алюминием требуется гораздо больше времени, чем для образования соединения между золотом и алюминием. Кроме того, интерметаллическая прослойка меди и алюминия имеет гораздо меньшую толщину. По всей видимости, образование интерметаллического соединения между медью и алюминием приводит к меньшему ослаблению сварки. Ослабление сварного соединения является основным недостатком, характерным для присоединения золотых выводов к алюминиевой контактной площадке.

При использовании обоих методов на конце проволоки (медной или золотой) диаметром 25 мкм вначале образуется шарик. В процессе сварки производится термокомпрессия этого шарика (с одновременным использованием ультразвука) путем прижатия его к алюминиевой контактной площадке, расположенной на полупроводниковом кристалле.

Капиллярный инструмент, через который проходит проволока, прижимает затем проволоку, образующую петлю, к одному из контактов выводной рамки. Здесь точно такое же сочетание давления, ультразвуковой энергии и тепла, которое использовалось при приварке шарика, образует сварное соединение, известное под названием «приварка клином». Затем механизм осуществляет разрыв проволоки между местом приварки клином и кончиком капилляра. На конце проволоки вновь создается шарик, и процесс продолжается.

Электрический разряд расплавляет конец проволоки, в результате чего образуется шарик, который посредством ультразвуковой термокомпрессии приваривается
Электрический разряд расплавляет конец проволоки, в результате чего образуется шарик, который посредством ультразвуковой термокомпрессии приваривается к алюминиевой контактной площадке на кристалле. Затем проволочка с помощью метода приварки клином присоединяется к контакту выводной рамки.

Чтобы получить шарик, электрическая дуга расплавляет конец проволоки, а влияние поверхностного натяжения приводит к тому, что расплав образует шарик. Этот процесс обладает высокой воспроизводимостью.

Однако в отличие от золота медь при расплавлении на воздухе окисляется. Для предотвращения окисления достаточно в качестве защитной атмосферы использовать аргон, содержащий не более 0,4% кислорода.

Так как медный шарик несколько тверже, чем золотой, это вызывает необходимость еще двух изменений в технологии. В процессе присоединения золотого вывода кристалл, к которому производится приварка, помещается на нагретую поверхность. В случае приварки медных выводов лучшее качество сварки обеспечивается, если на конце капиллярной трубки дополнительно установить микронагреватель. Кроме того, для изготовления контактных площадок желательно использовать алюминий, имеющий несколько более высокую твердость, чем в случае приварки золотых выводов.

Исследователи из фирмы Mitsubishi увеличивают твердость алюминия, уменьшая скорость его осаждения. Однако необходимая твердость может быть получена, если изготовители воспользуются при производстве кристаллов добавками, применяемыми для других целей при выпуске СБИС. Распространившаяся в последнее время практика, в соответствии с которой при изготовлении СБИС в алюминий добавляют 4% меди для предотвращения миграции атомов и 1% кремния для подавления диффузии, позволяет получить алюминий, обладающий достаточно высокой твердостью.

Фирма Mitsubishi осуществила приварку выводов в опытных экземплярах транзисторов с помощью экспериментальной модели автоматизированной установки. Помимо проведения всесторонних испытаний собранных в корпуса транзисторов инженеры этой фирмы проводят ускоренные испытания негерметизированных приборов, работающих при окружающей температуре 175 и 200°С. Вначале фирма будет поставлять заказчикам изготовленные по новой технологии транзисторы, а не ИС, так как надежность легче проверить на транзисторе. В то же время представители фирмы отмечают, что методы приварки выводов и герметизации совершенно аналогичны как в случае транзисторов, так и в случае ИС [No.30, pp.27,28].

Чарлз Коэн

Выходные данные:

Журнал "Электроника" том 58, No.16 (723), 1985г - пер. с англ. М.: Мир, 1985, стр.13

Electronics Vol.58 No.30 July 29, 1985 A McGraw-Hill Publication

Electronics Vol.58 No.31 August 05, 1985 A McGraw-Hill Publication

Раздел: ОБОЗРЕНИЕ ЭЛЕКТРОННОЙ ТЕХНИКИ

Тема:     Технология производства





Дата последнего изменения:
Thursday, 21-Aug-2014 09:10:44 MSK


Постоянный адрес статьи:
http://az-design.ru/Support/HardWare/MitsubishiElectric/A19850805Elc008.shtml