Автоматизированное соединение на ленточном носителе

На Рис. 7.5 приведен процесс монтажа кристалла на ленточном носителе и сборки корпуса.

Рис. 7.5. Последовательность процесса сборки корпусов с использованием автоматизированного соединения на ленточном носителе.

В данном процессе на изготовленные химическим вытравливанием медные лепестки ленты одновременно присоединяют к каждому столбику прибора кремниевого кристалла термокомпрессионной сваркой или эвтектикой на основе золота и олова.

На Рис. 7.6 показан принцип автоматизированного соединения кристалла на ленточном носителе.

Рис. 7.6. Схема процесса соединения внутренних выводов при автоматизированном монтаже кристалла на ленточном носителе с извлечением из матрицы кристаллов. Лента, показанная на рисунке, является типом ленты, изображенным на Рис. 7.8, б, которая получена литьем полиимида на медную основу: а) — лента, совмещенная с кристаллом со столбиками: б) — увеличенное изображение лепестков ленты и кристалла после совмещения; в) — вид сверху на лепестки ленты, поддерживаемые полимерной пленкой; г) — нагретый инструмент, прижимающий лепестки ленты к столбикам контактных площадок кристалла, с помощью которого выполняется тсрмокомпрсссионное соединение; д) — нагрев для извлечения кристалла из матрицы; е) — лента и кристалл, размещенные для выполнения следующего соединения. 1 — нагревательный инструмент, 2 — направляющее устройство, 3 — лента, 4 — кристалл, 5 — держатель, 6 — контактная площадка, 7 — проводник, 8 — пленка, 9 — клей, 10 — столик, А — перемещение столика, В — перемещение ленты.

Одновременно с процессом соединения ведется сортировка кристаллов (Рис. 7.6, г, д). В основные аспекты ленточной технологии входят: процесс термокомпрессионной сварки; формирование, виды и особенности использования лент; обработка пластин; сопряжение кристаллов, смонтированных на ленте, с корпусами различных конструкций.

Термокомпрессионная сварка. На Рис. 7.7 показана схема процесса термокомпрессионной сварки.

Рис. 7.7. Схема процесса термокомпрессионной сварки: а) — вывод с исходной шириной Wo и высотой Но подвергнутый термокомпрессионной сварке; б) — образование линий скольжения в результате деформации; в) — пластичная и упругая зоны деформации в материале контакта. В упругой зоне соединение не образуется «мертвая зона» на поверхности раздела. 1 — металлизация, 2 — инструмент, 3 — вывод,, 4 — зона жесткости, 5 — пластичная зона, 6 — линии скольжения, 7 — упругая зона, 8 — жесткая пластина, 9 — упругопластичная зона, 10 — «мертвая зона», 11 — элементарный участок области соединения Параметрами процесса соединения являются давление, температура и время. Присоединяемый вывод представлен в виде пластины шириной Wo и высотой Я₀, зажатой между твердыми параллельными пластинами (Рис. 7.7, а). В этой модели рассмотрен случай деформации идеально пластичного материала, т. е. имеющего конечный предел текучести и производная напряжения по деформации которого равна нулю. Создание реального соединения всегда сопровождается увеличением площади поверхности, т. е. пластической деформацией сдвига Этот процесс описывается теорией образования линий скольжения. На Рис. 7.7, б приведено поле линий скольжения, возникающих в пластине, находящейся под давлением. Методика построения поля линий скольжения включает интегрирование частных дифференциальных уравнений, характеризующих твердый идеально пластичный материал. Результирующие линии скольжения представляют собой два ортогональных семейства кривых, направление которых в каждой точке совпадает с направлением градиента деформации сдвига. Поскольку для изотропного материала направления максимума сдвигового напряжения и деформации сдвига совпадают, касательная к кривой в любой точке должна показывать направление максимальной деформации сдвига. Граница упругой и пластичной зон совпадают с одним из контуров максимального напряжения сдвига в области упругой деформации, а именно с контуром, на котором максимальное напряжение сдвига равно величине текучести (Рис. 7.7, в).

Область упругой деформации известна как «мертвая зона». В этой зоне не происходит образования соединения, так как на границе раздела соединяемых поверхностей нет пластической деформации сдвига. Согласно теории образования линий скольжения, с увеличением отношения WqIH₀ меньшая часть соединения попадает в «мертвую зону».

Для соединения медной ленты, покрытой золотом, со столбиком из золота (WoJHo = 2,3) необходимо создание значительной вертикальной деформации для уменьшения размеров.

«мертвой зоны» и разрушения пленки, образованной внешними загрязнениями, которые всегда присутствуют на поверхности в реальных условиях. Типичными параметрами процесса соединения являются: температура 450…550°С, время 0,5…2 с и давление 275…480 МПа.

Соединение эвтектикой. Другая методика присоединения ленты к столбикам из золота предусматривает использование медной ленты, покрытой слоем олова толщиной 0,5 мкм, которая может припаиваться эвтектикой к столбику. Поскольку эвтектика Au-Sn образуется при температуре 280 °C, этот метод соединения требует относительно высоких температур. Однако при этом возможно использование меньшего давления, чем при термокомпрессии, так как соединение образуется путём реакции олова с золотом столбика через промежуточную жидкую фазу.

Типы лент и процесс их формирования. На Рис. 7.8.

Рис. 7.8. Методы сборки и герметизации

представлен вид сборки и герметизации изделий с использованием различного типа лент с разной конфигурацией кремниевых кристаллов (схемы соединения): а) — однослойная лента, полученная нанесением рисунка и вытравливанием металла с одной стороны ленты. Ленту этого типа используют при сборке дешевых плоских корпусов с двухрядным расположением выводов; б) — двухслойная лента, изготовленная нанесением меди на полиимидную пленку, литьем полиимида на медную основу или нанесением полиимидной пленки на медную основу методом трафаретной печати. Здесь полиимид повышает жесткость ленты; в) — трехслойная лента, изготовленная из предварительно перфорированной полиимидной пленки толщиной 75… 125 мкм, наклеенной эпоксидным клеем на медную ленту. Использование ленты этого типа позволяет проводить испытания кристаллов ИС, поэтому она широко применяется в технологии СБИС: г) - однослойная лента со столбиками, полученная методом фотолитографии и травления медной ленты толщиной 66 мкм с обеих сторон; д) — двухслойная лента со столбиками, упроченная пленкой, полученная методом трафаретной печати. Применение этой ленты в отличие от однослойной ленты со столбиками дает возможность проводить испытания кристаллов ИС. Количество слоев: а) — 1, б) — 2, в) — 3, г) — 1, д) — 2. 1 — кристалл, 2 — металл, 3 — пленка, 4 — клей.

Однослойная лента (Рис. 7.8, а) изготовляется путём нанесения рисунка с одной стороны ленты и последующего травления. В качестве материала используют отожженную медь толщиной 33 мкм. Для улучшения качества соединения медную ленту покрывают слоем золота. Кристалл в этом случае должен быть снабжён столбиками, а сама ИС не может подвергаться испытаниям после выполнения соединения, так как лента полностью изготовлена из металла. При этом в случае большой длины соединительных лепестков последние могут оказаться очень хрупкими.

Двухслойная лента (Рис. 7.8, б) может быть изготовлена электролитическим осаждением меди на полиимидную плёнку, литьём полиимидной плёнки на медь или нанесением полиимида методом трафаретной печати на медную основу. В первых двух методах использованы процессы фотолитографии и травления полиимида. Полиимидная составляющая делает ленту более жесткой по сравнению с однослойной лентой. Кроме того, эта лента обеспечивает лучшую поддержку длинных соединительных лепестков.

Трехслойную ленту (Рис. 7.8, в) формируют из предварительно перфорированной полиимидной плёнки толщиной.

75… 125мкм, наклеенной эпоксидным клеем на медную основу. После выполнения соединения приборы, смонтированные на такой ленте, могут быть подвергнуты испытаниям.

Однослойная лента, снабжённая столбиками (Рис. 7.8, г). Данную ленту изготавливают путём нанесения рисунка методом фотолитографии и вытравливания заданной конфигурации с обеих сторон медной ленты толщиной 66 мкм. Преимуществом является повышенная жесткость и возможность исключения дополнительных стадий металлизации пластины.

Двухслойную ленту-носитель, снабжённую столбиками, изготавливают методом трафаретной печати (Рис. 7.8, г)).

Обработка пластин. Широко используемым методом обработки пластин при автоматизированном соединении на лен электролитическим осаждении, или меди, покрытой золотом, на алюминиевых контактных площадках кристалла при его монтировании на одно-двух и трёхслойной лентах (Рис. 7.8, а, б, в).

На Рис. 7.9 показана последовательность формирования столбиков золота на алюминиевых контактных площадках приборов после вскрытия пассивирующего слоя. Операции процесса поэтапного формирования: а) — пластина с предварительно сформированной ИС, подвергнутая операциям очистки и ионного травления; б) — создание контактного барьерного слоя (служащего также проводящим слоем при электролитическом осаждении золота методом ионного распыления) со слоем золота для предотвращения оксидирования; 6') — нанесение толстопленочного фоторезиста толщиной 25 мкм; г) - электролитическое осаждение слоя золота толщиной ~25 мкм для образования столбиков; <)) — снятие резиста; е) — удаление проводящих тонких плёнок химическим травлением. 1 — оксид кремния (химическое осаждение из ПГС, 1−1,5 мкм), 2 — Al, 1 мкм, 3 — SiCb (термическое оксидирование), 4 — Si, 5 — Au, 100 нм, 6 — контактный барьерный слой (слои), толщиной 100 — 200 нм, 7 — слой фоторезиста, 25 мкм, 8 — электролитический слой золота, 25 мкм.

Критической стадией, влияющей на выход годных приборов, является селективное травление слоёв, полученных методом.

вакуумного выпаривания или ионного распыления (Рис. 7.9, с). При химическом стравливании этих слоёв травитель может про-

Рис. 7.9.

никнуть в пассивирующее покрытие и растворить легкокорродирующее алюминиевое межкомпонентное соединение. Для избегания связанных с этим явлений применяется плазменное травление, что удорожает стоимость процесса.