Мои Конспекты
Главная | Обратная связь

...

Автомобили
Астрономия
Биология
География
Дом и сад
Другие языки
Другое
Информатика
История
Культура
Литература
Логика
Математика
Медицина
Металлургия
Механика
Образование
Охрана труда
Педагогика
Политика
Право
Психология
Религия
Риторика
Социология
Спорт
Строительство
Технология
Туризм
Физика
Философия
Финансы
Химия
Черчение
Экология
Экономика
Электроника

Сборка кристаллов с использованием клеев и паст





Помощь в ✍️ написании работы
Поможем с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой

Клеевые соединения. Монтаж кристалла методом приклейки широко используется в микроэлектронике при изготовлении 3D изделий. При склеивании необходимо избегать возникновения напряжений после отверждения клеевого шва, так как при появлении напряжений в процессе эксплуатации прибора вследствие климатических и механических нагрузок клеевое соединение будет растрескиваться, расслаиваться и, в конечном счете, разрушаться из-за разности ТКЛР клея, кристалла и подложки.

Склеивание двух материалов происходит за счет сцепления пленки клея с поверхностями этих материалов. В результате химических реакций, протекающих в пленке клея, последняя превращается в твердое вещество, прочно соединяющее склеиваемые материалы. Сцепление пленки клея с поверхностью возникает не только вследствие химических реакций, но также в результате появления межмолекулярных и электростатических сил между пленкой клея и поверхностями склеиваемых материалов [7].

Основные требования, предъявляемые к клеевым соединениям: механическая стойкость, высокая адгезионная прочность (не менее 2 – 3 МПа) и длительная стабильность электроизоляционных свойств при работе ППИ в диапазоне допустимых техническими условиями температур.

Прочность клеевого шва зависит от толщины и сплошности клеевой пленки, объемной усадки ее после склеивания, состава и структуры склеиваемых материалов, а также от качества подготовки склеиваемых поверхностей. Клей должен полностью заполнять зазор между склеиваемыми частями без пор. Толщина клеевой пленки не должна быть слишком большой, в тоже время она должна обеспечивать сплошность клеевого слоя на всей площади склеивания. Сплошность клеевой пленки оптимальной толщины и проникновение клея в поры склеиваемых поверхностей обеспечивается предварительной подгонкой их друг к другу и тщательной очисткой от загрязнений.

Монтаж кристаллов микросхем площадью более 25 мм2имеет ряд технологических особенностей. Авторы работы [8] считают, что оптимальным техпроцессом является посадка кристаллов на клеевые соединения. Разработана технология присоединения больших кристаллов ИС на клеи УП-5-201, ЭЧЭ-С, УПЛ-3, ВК-32-200, ВК26-М на установках ЭМ-4025А и УДП-2 с использованием в качестве инструмента дозирования матричного штемпеля и кристаллов на клеевые соединения. Разработана технология присоединения больших кристаллов ИС на клеи УП-5-201, ЭЧЭ-С, УПЛ-3, ВК-32-200, ВК26-М на установках ЭМ-4025А и УДП-2 с использованием в качестве инструмента дозирования матричного штемпеля и металлических насадок. Качество соединения кристалла с основанием корпуса, полученного с помощью машинного дозирования, зависит от толщины слоя клея под кристаллом, неплоскостности и прочности присоединения. Основным условием формирования качественных соединений является полная смачиваемость клеем присоединяемой стороны кристалла и корпуса.

Одной из причин деградации электрических параметров 3D-микросхем являются остаточные термомеханические напряжения в кристаллах из-за различий температурных коэффициентов линейного расширения (ТКЛР) в системе кристалл – корпус. С целью уменьшения величины остаточных напряжений в кристалле и температуры его монтажа в некоторых изделиях предлагается использование термореактивных (эпоксидных, фенолокаучуковых) и термопластичных (полиамидных) клеев.

Эпоксидная смола с серебряным наполнитетелем (ТКЛР α, 53·10-6 1/0С; модуль упругости Е, 3,5 ГПа; теплопроводность 0,008 Вт/см·0С). Для соединения кристалла с подложкой, эпоксидная смола (наполнитель – плавленый кварц) - α = 22·10-6 1/0С; Е = 13,8 ГПа; а = 0,007 Вт/см·0С.

Зависимость параметров электрических соединений от способов присоединения кристаллов приведена в табл. 2.1 [9].

Таблица 1-Параметры электрических соединений

Вид соединения Rпер, мОм Р, МПа λ ·10-9, 1/час , 0С/Вт
Сварка 0,01 – 1 100 – 500 0,1 – 3,0 0,001
Пайка 2 -5 40 – 50 1 – 10 0,002
Токопроводящим клеем (1 - 10) Ом·м 5 - 10 5,0

 

Примечание: Rпер - переходное электрическое сопротивление; Р – механическая прочность; λ – интенсивность отказов; - тепловое сопротивление контакта.

Хорошими физико-механическими свойствами обладает токопроводящий клей с металлическим наполнителем (порошком серебра) ABLEBOND 84 фирмы Ablestik, имеющий удельное сопротивление 1·10-4 Ом·см и предел прочности соединений на разрыв до 26 МПа [9].

Коррозионная стойкость некоторых металлов при контакте с клеями показана в табл.1 [10]. Для присоединения кристалла используют эпоксидные клеи, т.к. в отличие от припоев (особенно с высоким содержанием золота) они имеют меньший ТКЛР. Эпоксидные клеи являются термореактивными материалами (полимеризуются при нагревании), поэтому они подвергаются термообработке для завершения процесса монтажа кристалла. Обычно термообработка проводится при температуре 125 – 175 0С в зависимости от свойств клея.

Достаточно широко используются эпоксидные клеи с серебряным наполнителем, который делает эти материалы как электропроводными для обеспечения низкого сопротивления между кристаллом и подложкой [11],

Таблица 1.2-Коррозионная агрессивность полимерных материалов

Полимерные материалы Коррозионная агрессивность по отношению к металлам, балл
Медь (М1) Олово-свинец
Клей:  
ВК9
ГИПК 23-16
ЭВТ-Н
КЖТ
ОПН

Примечание: 0 – неагрессивный; 1 – слабо агрессивный; 2 - агрессивный; 3 – весьма агрессивный теплопроводными. Эти характеристики клея обеспечивают хороший теплоотвод от кристалла к корпусу.

Качество соединения кристалла эпоксидными клеями не хуже, чем при соединении с использованием пайки металлическими припоями. Этот способ монтажа используется в производстве ППИ, за исключением приборов, работающих в особо жестких режимах (при высоких температурах, большом токе через соединение кристалла или при предъявлении повышенных требований к тепловым характеристикам) (табл. 1.2) [12].

Клеи для своего отвердевания требуют нагрева до температуры 90 – 180 0С, и выше. Чаще применяют ступенчатый режим отвердевания клеевого шва: 6 - 8 ч при 120 0С, затем 4 – 6 ч при 150 0С. При отвердевании клеевых швов соединяемые детали должны находиться под давлением (0,3 - 3) МПа.

Для повышения теплостойкости и снижения остаточных напряжений в клеевых швах в клеи вводят металлические порошки (серебро, медь и др.).

Таблица 1.3-Содержание паров воды в корпусах с различными методами монтажа кристаллов [13]

Метод монтажа кристалла (условия герметизации) Содержание паров воды при 373 К, г/м3
после герметизации после испытаний на хранение при повышенной температуре
Посадка на клей (на воздухе) 2,5 8,0
Посадка на клей (в осушенном азоте) 1,5 4,0
Посадка на эвтектику Au-Si (на воздухе) 0,15 0,4
Посадка на эвтектику Au-Si (в осушенном азоте) 0,1 0,4

 

Следует отметить, что клеевые соединения имеют ряд общих недостатков:

1. Недостаточная механическая прочность из-за слабого пограничного слоя, возникающего в результате нарушения технологии склеивания, концентрации напряжений в соединении из-за наличия пустот и скрытых дефектов в склеиваемых материалах в виде трещин, полостей и т.д. Снижение прочности может произойти в результате проникновения в клеевой шов влаги и агрессивных веществ, а также под влиянием механических и температурных воздействий.

2. Чувствительность к термоциклам, особенно при сборке материалов с большой разницей ТКЛР.

3. Клеевые соединения трудно, а иногда и невозможно ремонтировать, они имеют относительно невысокую устойчивость к воздействию динамических нагрузок циклического характера [14].

4. Длительность процесса склеивания.

Соединения паяльными пастами.Паяльная паста – это пастообразная масса, в состав которой входит порошкообразный припой с частицами сферической формы и флюса - связки. Состав и свойства паяльной пасты зависят от процентного содержания металлической составляющей, типа сплава и размеров частиц припоя, а также типа флюса.

В зависимости от размеров частиц припоя по стандарту IHC/EIAJ-STD-005 пасты делятся на четыре основных типа: тип 2 (75 – 45 мкм); тип 3 (45 – 25 мкм); тип 4 (38 – 20 мкм); тип 5 (25 – 15 мкм). Использование пасты с малым размером частиц позволяет наносить ее даже через маленькие окна в трафарете. Основной недостаток такой пасты – в процессе пайки возможно разбрызгивание шариков припоя.

Припойная паста обеспечивает до 30 – 50 % экономию припоя благодаря точному дозированию. Клеящие свойства пасты позволяют использовать ее для фиксации элементов перед пайкой. Основным компонентом пасты является порошок припоя (75 – 95 мас. %) в виде сферических частиц различного диаметра, получаемых УЗ распылением жидкого припоя. В качестве связующих веществ используют органические смолы или их смеси. Кроме них в пасту вводят разбавители, пластификаторы, тиксотропные вещества. Последние препятствуют оседанию частиц припоя при хранении, повышают разрешающую способность пасты, обеспечивают заданную вязкость.

При монтаже кристаллов ППИ используют токопроводящие пасты [15].

Качество готового изделия зависит от состава паяльной пасты [16-18]. Используемый в паяльных пастах флюс оказывает большое влияние на свойства и рабочие характеристики паяльной пасты. Основными функциями флюса являются:

• удаление оксидной пленки с поверхностной подложки и выводов электронных компонентов;

• предотвращение повторного окисления с поверхности паяемых соединений и частиц припоя при температурном воздействии в процессе пайки;

• обеспечение необходимых значений вязкости, растекаемости и клейкости при печати и установке электронных компонентов;

• обеспечение хорошего смачивания и надежности паяных соединений.

Доверь свою работу ✍️ кандидату наук!
Поможем с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой



Поиск по сайту:







©2015-2020 mykonspekts.ru Все права принадлежат авторам размещенных материалов.