Мы оказываем услуги пайки кристаллов микросхем любой сложности. Высокое качество работы и сжатые сроки выполнения гарантируются.

Сборка и герметизация микросхем включает в себя три основных операции. Это:

• пайка кристалла на основании корпуса;
• присоединение выводов;
• защита от внешнего воздействия (корпусирование).

От качества каждой операции зависят надежность работы конечного изделия и стабильность эксплуатационных параметров.

Производство микросхем включает в себя три основные операции: фиксацию кристалла на основании посредством выбранной технологии и материала, присоединение выводов и защиту от внешних воздействий (корпусирование). Стабильность работы и надежность конечной продукции зависят от качества сборки, а суммарная стоимость продукта – от выбранной технологии монтажа.

Пайкой называют получение неразъемного соединения элементов с помощью расплавленного припоя. Последний, взаимодействуя с соединяемыми деталями, образует после отвердевания прочный шов. Основными характеристиками пайки являются:

• смачиваемость. Проявляется как частичное или полное растекание жидкости по твердой поверхности, порошкообразным материалам, пористым телам. Чем она больше растекается, тем выше смачивамость;
• паяемость. Так называется свойство соединяемых материалов вступать в физико-химическое взаимодействие с расплавленным припоем и образовывать прочное соединение после застывания.

Технологическая классификация способов пайки изложена в ГОСТе 17349-79.

При сборке микросхем чаще всего используются следующие технологии паяния.

Контактно-реактивная. Для нее применяется припой, который должен иметь высокую прочность, пластичность и текучесть в жидкой фазе. От него также требуются хорошая смачиваемость и способность проницать в мельчайшие зазоры. Температурные коэффициенты линейного расширения припоя и соединяемых материалов должны быть близки по значению. При такой технологии сплав заполняет зазор и застывает, образуя прочное соединение.

Эвтектическая. Она несколько сходна по принципу с контактно-реактивной пайкой, но есть существенное отличие. Эвтектический сплав сразу вводится между соединяемыми элементами, а не образуется в результате взаимодействия. Пайка осуществляется в следующей последовательности:

• прокладка захватывается из сплава и укладывается на место монтажа;
• туда же переносится кристалл микросхемы;
• осуществляется монтаж (пайка).

При креплении термочувствительных кристаллов к основанию рекомендуется использовать следующую технологию.

SmartFoil («умная фольга»). Она состоит из нескольких тысяч чередующихся слоев никеля и алюминия, изготовленных магнетронным напылением. SmartFoil размещают между соединяемыми поверхностями. Последние фиксируются так, чтобы не допустить смещения фиксируемых элементов, после чего фольгу локально активируют одним из следующих способов:

• искровым разрядом;
• точечным ударом бериллиевой иглы;
• нагревом до +350 °С.

Энергия, выделяющаяся из фольги, расплавляет припой, и материалы соединяются. Применение такой технологии значительно повышает как производительность работ, так и качество продукции.

Использование клея (эпоксидных смол) при сборке допустимо, если микросхемы и компоненты имеют пониженную мощность. Клеевые соединения устойчивы к вибрациям и могут применяться для широкого спектра изделий. Основной недостаток эпоксидных смол – это высокий коэффициент термического расширения и низкая теплопроводность. Поэтому в основу клея всегда добавляют наполнители, которые:

• увеличивают передачу тепла между основой и микросхемой;
• снижают коэффициент термического расширения.

Так как полное отверждение эпоксидной смолы при комнатной температуре занимает до двух суток, то склеивание обычно проходит с подогревом до +60…200 °С. Для некоторых элементов такой нагрев недопустим, поэтому для них выбирают другую технологию, например SmartFoil.

Если компоненты будут установлены в герметичных корпусах, для них возможно использование только таких клеев, которые не имеют компонентов, выделяющихся при температуре эксплуатации во внутренний объем.

Монтаж кристаллов на плату или в корпус включает в себя следующие последовательные операции:

• захват элемента;
• позиционирование;
• установку в нужном месте;
• фиксацию (пайку или приклеивание).

Во время всех перечисленных действий инструмент взаимодействует с кристаллом. Поэтому единственно возможный способ удержания – это вакуумный захват. Контакт с кристаллом происходит по лицевой поверхности или по граням.

Описание. Инструмент, который используют для захвата, представляет собой капилляр, отверстие которого расширяется книзу. Верхняя часть (узкая) присоединена к вакуумной системе, нижняя (широкая) захватывает и удерживает кристалл. Этот захват может иметь различную форму: конус – для неориентированного монтажа, куб или четырехгранная пирамида – для ориентированного.

Выбор. Подбор инструмента осуществляется в соответствии с рядом критериев. К основным параметрам выбора относятся:

• конструкция. Она должна соответствовать размеру и форме кристалла;
• тип захвата. Выбирается по его топологии;
• материал инструмента. Определяется температурой монтажного процесса.

Учитываются изоляционные/электрические и механические свойства, износоустойчивость, твердость и ряд других характеристик материала. Как правило, под каждый кристалл разрабатывается свой тип инструмента.

Ограничения. Главное требование к инструменту для захвата – это предотвращение контакта с лицевой поверхностью кристалла. Более всего для этого подходит инструмент типа «пирамидка». При захвате такое устройство жестко фиксирует кристалл между гранями и удерживает его вакуумом в процессе монтажа (пайки). Параллельно с этим автоматизированное оборудование, к которому присоединен инструмент, осуществляет следующие операции:

• контролирует уровень вакуума, обеспечивающего удержание кристалла;
• выявляет, правильно ли определен момент захвата или фиксации на поверхности;
• обеспечивает максимально аккуратное и бережное взаимодействие с кристаллом;
• следит, чтобы механическое воздействие на элемент не превышало предельного значения, например, для GaAs – не более 40 г.

Основное назначение данной операции – обеспечить необходимое расположение элемента, прочное механическое соединение с основанием, надежный электрический контакт и хороший отвод тепла. Метод крепления зависит от материала, посредством которого обеспечивается фиксация, – припой, клей, стекло и т. д. Правильно подобранная технология обеспечивает:

• быстрый отвод тепла к корпусу или подложке в зависимости от выделяемой мощности;
• хорошее согласование коэффициентов расширения соединенных элементов в широком температурном диапазоне;
• устойчивость к вибрационным и ударным нагрузкам в сложных условиях эксплуатации.

В некоторых случаях требуется, чтобы присоединительный слой был электропроводным.

Перед началом работы кристаллы должны быть предварительно ориентированы. То есть их укладывают в определенном направлении в кассетах или устанавливают на кристаллоносителях, откуда вакуумным пинцетом перемещают к месту сборки. При использовании пайки монтаж осуществляется отдельно для каждого кристалла на специальной установке. При соединении стеклом или клеем используется групповая обработка. Кристаллы помещают в кассеты и отправляют в печь или термостат, где создаются заданные уровни температуры и давления. Стандартный рабочий цикл выглядит примерно одинаково и включает в себя определенную последовательность операций.

Присоединение кристалла к основанию. Требования к данному процессу были указаны выше. Присоединение осуществляется пайкой, клеем или «умной фольгой» в такой последовательности:

• подготовка основания с последующим нанесением припоя, клея, SmartFoil;
• ориентированная установка кристалла в заданном направлении;
• монтажное соединение (с нагревом, под давлением или иным способом, указанным в технологии).

Самым точным и быстрым нанесением монтажного состава со свойствами пасты является сеткографический способ. Он также обеспечивает точность дозирования и размещения на поверхности основания припоя или клея. Для обеспечения требуемых свойств (электро-, теплопроводности) в клеевой состав вводятся специальные добавки, например серебряные хлопья. Чтобы повысить теплопроводящие свойства диэлектрических клеев, в них вводят керамические или стеклянные порошки.

Присоединение выводов. Данный процесс выполняется с применением проволоки или без нее:

• беспроволочное соединение. Осуществляется по технологии flip-chip («перевернутый кристалл»). Жесткие контакты формируются в процессе металлизации контактных площадок, например, вакуумным или электролитическим напылением;
• проволочное соединение. Оно осуществляется посредством термокомпрессионной, ультразвуковой или электроконтактной сварки с использованием лент или проволоки из меди, золота, алюминия.

Защита кристалла от внешних воздействий. Рабочие характеристики полупроводникового элемента во многом зависят от состояния его поверхности. На последнюю же оказывает существенное воздействие внешняя среда. Поэтому в процессе производства кристалл защищают от неблагоприятных факторов. Такая защита выполняется на завершающем этапе сборки полупроводниковых приборов. Для этого используется одна из следующих технологий.

• Корпусная герметизация. Она предусматривает присоединение крышки к основанию металлического, керамического или металлостеклянного корпуса, на котором размещен кристалл. Материал и технология, с помощью которых осуществляется корпусная герметизация, подбирается под конкретные задачи. Корпус может быть приклеен, припаян или приварен.
• Бескорпусная герметизация. Для этого используются пластмассы и заливочные компаунды, которые после застывания могут быть твердыми (жесткими) или мягкими (упругими) и подбираются под задачи конкретного производства. На предприятиях применяются два основных варианта бескорпусной герметизации:

• glob-top («капля»). Инкапсулирующий материал наносится на верхнюю часть сборки, после чего тот формируется в купол, покрывающий и кристалл, и его выводы;
• dam-and-fill («дамба и заливка»). По периметру наносится рамка из высоковязкого вещества, затем она заливается низковязким компаундом.

Главным плюсом бескорпусной герметизации является ее гибкость. Настройка системы, дозирующей рабочие вещества, позволяет использовать одни и те же компаунды для кристаллов и микросхем различных типов и размеров.

Следует помнить, что тип герметизации, технология монтажа (приклеивание, пайка, SmartFoil) подбираются с учетом конкретных требований к конечному изделию и его характеристикам.