Формирование шариковых выводов оплавлением проволоки

При формировании контактных выступов с термокомпрессионным присоединением шарика из золотой проволоки к алюминиевой контактной площадке на кристалле на верхней части шарика остается заостренный выступ – след обрыва проволоки. Разработан способ [30] формирования контактных выступов, улучшающий однородность их размеров и формы. Суть способа заключается в следующем: вначале выступ расплющивают с помощью формующей иглы, которая имеет плоскую или вогнутую рабочую поверхность, а затем шарик термически обрабатывают лазерным лучом.

Для формирования ОСВ на кристаллах в составе пластины диаметром до 150 мм разработана установка УФМ-1 [31]. Технические возможности установки позволяют получать контактные выступы из золотой проволоки с прочностью, обеспечивающей устойчивость выводов к воздействию технологических факторов сквозного разделения пластин на кристаллы.

На рис. 4 представлена схема устройства для получения шариковых выводов оплавлением проволоки.

Устройство содержит механизм подачи микропроволоки 1, сварочную головку 2, на которой закреплен микросварочный инструмент 3 имеющий центральное капиллярное отверстие, трубчатый электрод 4, симметрично установленный на инструменте 3 и имеющий возможность принудительного перемещения по инструменту, трубопровод 5 для подачи газа, предметный столик 6 для размещения полупроводниковой подложки 7 и источник 8 электрического напряжения, соединенный с микропроволокой 1 и электродом 4. Для перекрытия бокового истечения газа из трубопровода 5 электрод выполняют переменного сечения с выступом 9, а избыточный газ выдавливается из отверстий 10 в стенках электрода 4 в зазор между проволокой и стенками центрального капиллярного отверстия инструмента.

Устройство работает следующим образом.

Микропроволока 1 с помощью механизма подачи попадает в центральное капиллярное отверстие инструмента 3, закрепленного на сварочной головке 2, подводится трубопровод 5 и опускается с помощью механизма подачи электрода 4 до перекрытия трубопровода 5 выступом 9. Принудительное перемещение электрода 4 можно осуществлять, например, от механизма подачи микропроволоки (одновременно с подачей микропроволоки в капиллярное отверстие микросварочного инструмента 3). Может быть применен и любой другой механизм подачи, так как точных перемещений не требуется. Для обеспечения перекрытия электродом 4 трубопровода 5 на конце электрода выполняют выступ 9, диаметр которого выбирают равным сумме величин диаметра отверстия трубопровода 5, необходимого перекрытия (контакта поверхностей торца электрода 4 и торца трубопровода 5, необходимого для герметичности) и известной величины погрешности механизма подвода трубопровода 5.

Электрод 4, перекрывающий отверстие трубопровода 5, имеет капиллярные отверстия 10 в стенках, сечение которых соизмеримо с зазором между микропроволокой 1 и стенками центрального капиллярного отверстия в микросварочном инструменте 3, а также обеспечивает избыточное давление рабочего газа в оградительной камере.

Рабочий газ, подаваемый по трубопроводу 5, выбирают в зависимости от материала микропроволоки 1, например, для алюминиевой микропроволоки может применяться аргон или увлажненный аргон. Под действием даже минимального избыточного давления рабочего газа в трубопроводе происходит сначала удаление атмосферных загрязняющих газов, а затем и выдавливание рабочего газа через капиллярные отверстия в стенке электрода в зазор между проволокой 1 и стенками капиллярного отверстия сварочного инструмента 3, таким образом обеспечивается необходимая рабочая атмосфера в зоне оплавления при минимальном расходе рабочего газа.

Затем между электродом 4 и проволокой 1 возбуждается импульсный электрический разряд от источника электрического напряжения 8. Под действием радиального электрического поля происходит оплавление микропроволоки 1 и образование на конце ее шарика, симметричного относительно оси микропроволоки 1. Поскольку электрическое поле находится между внутренней боковой поверхностью электрода 4 и поверхностью микропроволоки, то значительно снижается износ электрода 4. Затем электрод 4 поднимают, отводят трубопровод 5, а микросварочным инструментом 3 с шариком на его торце осуществляют присоединение микропроволоки 1 к контактным площадкам полупроводниковой подложки 7, закрепленной на предметном столике 6. При повторении цикла работы достигается полная повторяемость получаемых результатов, так как исключена несоосность электрода и микропроволоки и создана необходимая атмосфера в зоне оплавления.

Конструкция обеспечивает повторяемость формы, размеров и соосности формируемых шариков, что повышает стабильность их качества; создает необходимую рабочую атмосферу в зоне оплавления при минимальном расходе рабочего газа; снижает износ электрода при длительной работе последнего; упрощает конструкцию привода механизма подвода трубопровода.

Для образования шариковых выводов оплавлением проволоки могут также использоваться различные устройства [32, 33]. Способ и технология формирования шарика оплавлением золотой проволоки термозвуковой сваркой широко используется в настоящее время в производстве. Для этой цели в УП «КБТЭМ-СО» ГНПК ТМ «Планар», г. Минск, РБ модифицировано ручное или автоматическое оборудование для термозвукового присоединения выводов при сборке ИС [31].

а)

б)

Рис. 4. Устройство для формирования шарика оплавлением проволоки:
а – схема устройства; б – фрагмент уст­ройства в момент образования шарика:
1 – проволока; 2 – сварочная головка; 3 – микросварочный инструмент; 4 – трубчатый электрод; 5 – трубопровод; 6 – столик; 7 – подложка; 8 – источник питания; 9 – электрод с выступом; 10 – отверстия в стенке электрода

Дата добавления: 2015-10-23