Присоединение металлических выводов к пластине полупроводника

В современных полупроводниковых приборах и интегральных микросхемах, у которых размер контактных площадок составляет несколько десятков микрометров, процесс присоединения выводов является одним из самых трудоемких технологических операций.

В настоящее время для присоединения выводов к контактным площадкам интегральных схем используют три разновидности сварки: термокомпрессионную, электроконтактную и ультразвуковую.

Термокомпрессионная сварка позволяет присоединять электрические выводы толщиной несколько десятков микрометров к омическим контактам кристаллов диаметром не менее 20-50 мкм, причем электрический вывод можно присоединить непосредственно к поверхности полупроводника без промежуточного металлического покрытия следующим образом. Тонкую золотую или алюминиевую проволоку прикладывают к кристаллу и прижимают нагретым стержнем. После небольшой выдержки проволока оказывается плотно сцепленной с поверхностью кристалла. Сцепление происходит вследствие того, что даже при небольших удельных давлениях, действующих на кристалл полупроводника и не вызывающих его разрушения, локальное давление в микро выступах на поверхности может быть весьма большим. Это приводит к пластической деформации выступов, чему способствует подогрев до температуры ниже эвтектической для данного металла и полупроводника, что не вызывает каких-либо изменений в структуре кристалла. Происходящая деформация (затекание) микро выступов и микро впадин обусловливает прочную адгезию и надежный контакт, вследствие вандерваальсовых сил сцепления, а с повышением температуры между соединяемыми материалами более вероятна химическая связь. Термокомпрессионная сварка имеет следующие преимущества:

соединение деталей происходит без расплавления свариваемых материалов; удельное давление, прикладываемое к кристаллу, не приводит к механическим повреждениям полупроводникового материала;

соединения получают без загрязнений, так как не используют припои и флюсы. К недостаткам следует отнести малую производительность процесса. Термокомпрессионную сварку можно осуществлять путем соединений внахлест и встык. При сварке внахлест электрический проволочный вывод, как отмечалось, накладывают на контактную площадку кристалла полупроводника и прижимают к нему специальным инструментом до возникновения деформации вывода. Ось проволочного вывода при сварке располагают параллельно плоскости контактной площадки. При сварке встык проволочный вывод приваривают торцом к контактной площадке. Ось проволочного вывода в месте присоединения перпендикулярна плоскости контактной площадки.

Сварка внахлест обеспечивает прочное соединение кристалла полупроводника с проволочными выводами из золота, алюминия, серебра и других пластичных металлов, а сварка встык-только с выводами из золота. Толщина проволочных выводов может составлять 15-100 мкм. Присоединять выводы можно как к чистым кристаллам полупроводника, так и к контактным площадкам, покрытым слоем напылённого золота или алюминия. При использовании чистых поверхностей кристалла увеличивается переходное сопротивление контакта, и ухудшаются электрические параметры приборов.

Элементы, подлежащие термокомпрессионной сварке, проходят определенную технологическую обработку. Поверхность кристалла полупроводника, покрытую слоем золота или алюминия, обезжиривают.

Золотую проволоку отжигают при 300-600°С в течение 5-20 мин в зависимости от способа соединения деталей. Алюминиевую проволоку протравливают в насыщенном растворе едкого натра при 80°С в течение 1-2 мин, промывают в дистиллированной воде, и сушат. Основными параметрами режима термокомпрессионной сварки являются удельное давление, температура нагрева и время сварки, Удельное давление выбирают в зависимости от допустимого напряжения сжатия кристалла полупроводника и допустимой деформации материала привариваемого вывода. Время сварки выбирают экспериментальным путем.

Другие стьтьи в тему

Расчет словесной разборчивости речи по методу Покровского Н.Б. Система защиты речевой информации
Человеческая речь является одним из важнейших путей информационного взаимодействия. При децентрализации экономической и политической систем и соответствующем увеличении доли оперативной информации, непосредственно связывающей самостоятельных в принятии решений людей, значимость речев ...

Разработка управляемого контролера на базе микропроцессорного комплекта серии КР580
Если всего лишь несколько десятков лет назад свойствами программируемости характеризовались только крупные блоки и узлы управляющих систем, то в настоящее время этими свойствами характеризуется интегральная база (микропроцессор, однокристальная микро-ЭВМ), что и обеспечивает ее широки ...