Главная Классификация процессов сварки 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 [ 80 ] 81 82 83 ческой мощности преобразователя и конструктивного исполнения колебательной системы; усилие сжатия свариваемых элементов; длительность включения ультразвуковых колебаний. При комбинированном методе сварки (УЗСКН) регулируемыми параметрами также являются температура нагрева инструмента или изделия, время относительного смещения импульса ультразвука и нагрева. Процесс ультразвуковой микросварки продольными и продольно-поперечными колебаниями характеризуется малыми амплитудами колебаний (1-10 мкм) и относительно большими удельными давлениями (0,5-1 свариваемого материала). Ультразвуковую микросварку применяют для выполнения монтажа гибкими проводниками, присоединения кристалла к корпусу, беспроволочного монтажа Рис. 124. Схемы односторонней контактной сварки: а - односторонняя точечная сварка: / - электрод для сжатия свариваемых деталей и подвода тока к проволоке; 2 - электрод для подвода тока к шине печатной платы; 3 - контактная площадка или шина печатной платы; 4 - диэлектрическое основание печатной платы; 5 - привариваемая проволока или лента; бив - односторонняя сварка соответственно сдвоенным электродом (с параллель-г) ными зазорами) и строенным электродом трех- .фазным током (/ - электроды; 2 - привариваемый проводник; 3 - тонкая металлическая пленка; 4 - диэлектрическая подложка); г - односторонняя шовная сварка - пайка коническими роликами: / - конические ролики; 2 - сварочный трансформатор; 3 - крышка корпуса; 4 - металлическая рамка; 5 - керамическое основание корпуса микросхемы интегральных схем методом перевернутого кристалла , присоединения плоских выводов к кремниевым кристаллам диодов. Холодная сварка осуществляется за счет пластической деформации свариваемых деталей под действием давления без дополнительного подогрева. Для получения высококачественного сварного соединения при холодной сварке необходимо обеспечить точную сборку и чистоту свариваемых поверхностей и необходимую степень деформации, зависящую от соединяемых металлов (от 35% для сочетания золото -f- золото до 80% для сочетаний медь медь, медь + ковар и ковар -f- ковар.) В микроэлектронике этот способ применяется для герметизации металлостеклянных корпусов приборов. Микросварка давлением с образованием эвтектики заключается в нагреве деталей до температуры образования эвтектики соединяемых материалов при одновременном сжатии и подаче колебаний (при необходимости). Способ наиболее приемлем для непосредственного присоединения плоских золоченых выводов к полупроводниковым кремниевым кристаллам, если требуется сравнительно брльшэя площадь контакта (0,2-2 мм), при соединении кристаллов интегралд>- ных схем с золоченой поверхностью корпуса, при соединении медных лепестковых выводов, покрытых оловом, с золочеными выступами на кристалле ИС. Микроплазменная сварка является разновидностью сварки плавлением. Отличительная особенность процесса - создание ионизированного потока инертного газа [смесь аргона с гелием (до 70%), с водородом (до 10-15%) или азотом]. Расплавление металла происходит сжатой дугой прямого действия и потоком плотной ионизированной плазмы. Этот способ сварки применяется для герметизации конусов приборов из ковара или никеля толщиной 0,1-0,3 мм. При этом сила тока составляет 5-10 А, скорость сварки 15-150 м/ч. Рис. 125. Схемы устройств для ультразвуковой сварки: а - для ультразвуковой сварки продольными (продольно-поперечными) колебаниями: / - магнитострикционный преобразователь; 2 - волновод; 3 - опора и устройство для создания усилия сжатия; 4 - сварочный инструмент (наконечник); 5 - свариваемые детали; 6 - опора для крепления деталей; 7 - обмотка возбуждения; 5 - обмотка подмагничивания; б - для ультразвуковой сварки крутильными колебаниями: / - преобразователь; 2 - обмотка возбуждения; 3 - концентратор; 4, 5 - волноводы; 6 - стержень, совершающий крутильные колебания; 7, 8, 9 - свариваемые изделия; 10 - столик; - спираль для нагрева; в - для ультразвуковой сварки с косвенным импульсным нагревом: / - магнитострикционный преобразователь; 2 - волновод; 3 - сварочный инструмент; 4 - источник питания для нагрева сварочного инструмента Лазерная сварка находит применение при монтаже различных элементов радиоэлектронной техники и при герметизации корпусов. Для микросварки наиболее широко используются лазеры на твердом теле (стекло с неодимом, алюмо-иттриевый гранат) с энергией излучения 2-30 Дж и длительностью импульса 1-10 мс. Электронно-лучевая сварка успешно применяется для герметизации радиоэлектронных устройств в металлостеклянных корпусах. Обычно используется импульсная сварка при ускоряющем напряжении 20-100 кВ и силе тока в луче до нескольких десятков миллиампер. Диффузионная сварка в вакууме и в водороде начинает применяться в производстве микросхем для сварки термокомпенсаторов кристаллов и на других операциях. Выполнение соединений в микросхемах. Применяется несколько схем монтажа полупроводниковых приборов и интегральных схем, в которых для соединения используются различные способы микросварки. Наиболее широко распространенной схемой монтажа является соединение контактных площадок полупроводникового кристалла прибора, полученного по планарной технологии, с внешними выводами корпуса с помощью гибких проводников. Один конец круглого проводника из алюминия или золота диаметром 10-300 мкм должен быть приварен к тонкой металлической пленке из алюминия или золота, напыленной на окисленный кремний, а другой - к золоченому или алюминированному ковару или к золоченой толстой пленке на керамическом основании корпуса. При сборке кремниевых бескорпусных диодов плоские медные золоченые выводы присоединяют непосредственно к полупроводнику микросваркой давлением с образованием эвтектики. Последовательность выполнения операций монтажа проволочных соединений между контактными площадками интегральных схем или транзисторов и выводами корпуса различными способами приведена в табл. 33. При сварке термокомпрессией, косвенным импульсным нагревом и ультразвуком можно применять все варианты монтажа. При односторонней контактной сварке приемлемой является только сварка внахлестку по первым двум вариантам. Рис. 126. Схемы беспроволочного монтажа микросхем: / - кристалл интегральной схемы; 2 - лепестковые выводы ( паучки ); 3 - внешние выводы корпуса (ковар, покрытый золотом или алюминием); 4 - подложка схемы из керамики; 5 - столбиковые жесткие выводы (выступы); 6 - балочные выводы Рис. 127. Схема монтажа навесных элементов на печатные платы: / - навесной элемент (интегральная схема, транзистор, резистор); 2 - токоведу-щая дорожка печатной платы; 3 - вывод навесного элемента; 4 - металлический штырь; 5 - диэлектрическая плата (стеклотекстолит, гетинакс) В гибридных интегральных схемах гибкие проводники сваривают с металлическими пленками (тонкими и толстыми), напыленными или выращенными гальванически на диэлектрических подложках (ситалл, поликор, алюмокерамика). Разработаны и начинают широко применяться в промышленности беспроволочные методы монтажа интегральных схем, позволяющие максимально автоматизировать процессы их сборки. Беспроволочный монтаж выполняется по нескольким схемам, отличающимся конструктивным исполнением соединяемых элементов (рис. 126). Наибольшее развитие получил способ монтажа лепестковых ( паучковых ) выводов к кристаллу и внешним выводам корпуса или контактным площадкам керамической подложки (рис. 126, а). Для присоединения навесных элементов в гибридных схемах широко используется монтаж способом перевернутого кристалла с контактными выступами (столбиками) на подложке или кристалле (рис. 126, б). Находит применение и способ монтажа с балочными выводами, причем эти выводы могут быть как на кристалле полупроводникового прибора, так и на подложке гибридной схемы (рис. 126, в). При беспроволочных способах монтажа сваривают разнообразные сочетания материалов (А1-А1, А1-Аи, Аи-Аи, Си-Sn-Au и др.) и применяют различные типы соединений. При этом используются в основном групповые способы сварки (пайки), которые требуют более тщательного подхода к разработке и применению способов микросварки и рабочего инструмента. 35. Последовательтс/пь операций при создании npoeoj?ovH6/j( соединений метду /(онтантнб/ми пмощадлами Название операции Совмещение провоу?они и инструмента с контантной площадной (с вб/водом норпуса) Спосод вь/полнения соединения Внахлестну иглой с обрезной проборони краем инстру мента или ножницами внахлестку напилллрнб/м инструментом с одрл/вом про вол они (или с обрезной но/нницами) Внахлестну инструментом nmuvuu нл/од с одрб/вом проволони Всть/н с одразованием ширина и внахлестну с обрезной иу7и обрь/вом Сварна первой movHu Совмещение проволони и инструмента с выводом корпуса Сварна второй то>/на Обрезна или обрь/в проволони Обозначения: i-рабочий инструмент; 2-про6олока} 3-нонтатная плоиадка 4-вывод корпуса; 5-горелко.
Все способы беспроволочного монтажа разрабатывались в первую очередь с целью повышения производительности и надежности микросхем и снижения стоимости сборки и монтажа ИС и ГИС. Монтаж навесных элементов с плоскими выводами в схемах на печатных платах выполняется несколькими способами сварки (или сварки-пайки) по двум вариантам (рис. 127): сварка плоских выводов приборов с токоведущими дорожками диэлектрической подложки (рис. 127, а) или с штырями, запрессованными в отверстия платы (рис. 127, б). При монтаже навесных элементов на печатные платы могут быть применены следующие способы микросварки давлением: двусторонняя контактная точечная; односторонняя точечная сдвоенным электродом; ультразвуковая. Из-за отклонения размеров выводов, токоведущих дорожек на подложке, толщины покрытия и т. д. для сварки плоских выводов обязательно применяют автоматическую подстройку режима в процессе сварки. Параметры режимов сварки и свариваемость материалов микросхем. Свойства микросварных соединений, выполненных различными способами микросварки, зависят от следующих основных групп факторов: сочетания свариваемых материалов, стабильности их механических свойств и состояния соединяемых поверхностей; воспроизводимости параметров процесса сварки и эффективности применяемых систем регулирования и управления; типа рабочего инструмента, обеспечивающего получение сварных соединений необходимой формы. Трудности создания соединений в электронных микросхемах заключаются в специфике элементов и особенностях кон-тактируемых пар: чрезвычайно большая разница в толщинах соединяемых элементов (проводники диаметром 20-750 мкм и пленки толщиной < 1 мкм) и большое различие физических свойств свариваемых элементов. Для сварки проводников с тонкопленочными контактными площадками, напыленными на разнообразные подложки, применяется несколько способов в зависимости от сочетания свариваемых материалов выводов и контактных площадок (табл. 34). При сварке проводников с металлическими пленками на изоляционных подложках из стекла, ситалла, керамики необходимо создать такой цикл нагрева свариваемых деталей, при котором не происходит разрушения подложки в зоне в результате термического удара. Наиболее приемлемый термический цикл нагрева и охлаждения подложки в зоне сварки показан на рис. 128. При монтаже выводов навесных элементов на печатные платы, которые нельзя нагревать до высокой температуры, требуется выполнять сварку при минимальной длительности импульса (менее 3-5 мс). Наиболее распространенным способом соединения при монтаже приборов в корпусе проволочными выводами остается термокомпрессия (табл. 35). При термокомпрессии круглых проводников с металлическими пленками существует область оптимальных параметров режима (температура и усилие сжатия), в которой обеспечивается максимальная прочность сварных соединений. Величина этой области зависит от сочетания свариваемых материалов и типа рабочего инструмента. Рис. 128. Оптимальный термический цикл при сварке проводников с тонкими металлическими пленками на хрупких подложках it а я п и сЧ ю о о о с и ч п са а о п 2 03 са о ч в а и н S н о о S са S са о о S 1 а га (JHHHPJO![fV OXOiiOg m га о а; о (В HUHHiMCHi/V S S п S га Е S ю о ииншчошу OXOLOg чиэмир! §§ m о а о н § ijiiHHiMcairv oxoiroe Я1ГЭМИН я IS сх я X X S я£ о о. X S X са аз : я ; X я и: вз а> ч с + -I- s§ § ts к й 1<1> 5 ч X Ч о 2 я о а о п § 9 га ш S а я п и я m я а я в о ЕГ 4) я а С |
© 2011 - 2024 www.taginvest.ru
Копирование материалов запрещено |