книги / Микроэлектроника. Гибридные интегральные функциональные устройства

Основные причины ненадежной работы полимерных покры­ тий заключаются в возникновении внутренних механических напряжений в кристалле, а также в присутствии ионов примесей в герметизирующих материалах, особенно Na и К, поэтому целесообразно снижать толщину защитного по­ крытия как можно больше (однако при этом нельзя умень­ шить необходимую механическую прочность присоединен­ ных проволочных выводов). Для этой же цели следует при­ менять более вязкоупругие кремнийорганические ком­ паунды.

Присутствие примесей вызывает возрастание обратного тока в /?-п-переходах, а при превышении их определенной концентрации может наступить поверхностная инверсия. Установлено, что на характер электропроводности полупро­ водника влияет соотношение алифатических и ароматиче­ ских групп в герметизирующих материалах. Присутствие

всмоле большого количества ароматических групп приводит

кпритяжению электронов, а алифатических групп — к их отталкиванию.

Источником примесей, отрицательно влияющих на полу­ проводники, могут служить непрореагировавшие отвердитель и компоненты, из которых синтезируются эпоксидные смолы (например, эпихлоргидрин). Влияние антигидридных многофункциональных отвердителей, например, четырехфуикциональных кислот, значительно меньше, чем амин­ ных из-за уменьшения подвижности ионов благодаря вы­ сокой степени структурирования полимера.

Таким образом, для защиты кристаллов ИМС необходи­ мо использовать очищенные смолы и отвердители, в которых после отверждения отсутствовали бы подвижные ионы; соотношения масс отвердителя и смолы должны контролиро­ ваться. При минимизации примесей следует отдать пред­ почтение кремнийорганическим материалам по сравнению с эпоксидными, хотя адгезия и механическая прочность

упоследних выше.

Кнастоящему времени, несмотря на многочисленные варианты использования жестких организованных выводов для автоматизированной сборки бескорпусных ИМС, наи­

более широкое применение находят два направления: 1) сборка с использованием объемных (шариковых, столби­ ковых) выводов (ОВ) или методом перевернутого кри­ сталла с ОВ (рис. 4.6, б); 2) сборка с использованием ба­ лочных выводов на полимерном (полиимидном) носителе (рис. 4.6, в).

площадке; Т, Т0 — температуры окружающей среды в про­ цессе присоединения и во время эксплуатации.

Сила среза, как следует из формулы (4.3), тем больше, чем больше площадь кристалла. Поэтому увеличение пло­ щади кристалла вызывает трудности при микромонтаже. Если размеры кристаллов 2 х 2 мм и даже 3 x 3 мм, то их еще можно устанавливать на керамику из А120 3. Для кри-

Рйс. 4.7. Способы совмещения элемен­

сталлов больших размеров необходимы более близкие зна­ чения ТКЛР подложки и кристалла, для чего в керамику вводят стеклофазу.

Отметим, что сила среза должна быть в 1,5—2 раза мень­ ше прочности сцепления выводов с кристаллом, а также прочности самого вывода (при оценке Fx по формуле (4.3) учитывалась только упругая деформация выводов и не учи­ тывалась их пластическая деформация, которая уменьшает эту силу). Компенсирующее действие проявляется примене­ нием эластичной основы многослойных коммутационных плат, например, при использовании МПП на основе полиимидной пленки. В этом случае равномерность ОВ по высоте не столь критична,так как они вставляются в соответствую­ щее металлизированное оплавленное переходное отверстие;

2) сильное влияние разновысотности ОВ, влияющее на качество сборки перевернутых кристаллов при их посадке на жесткую подложку. Фактически требуется разновысотность не ниже ± (1—2) мкм при высоте выс­ тупа до 50 мкм. Однако применение многослойных плат на полиимидной пленке позволяет значительно снизить

чательного изготовления ИМС; невозможность до послед­ него времени проведения ЭТТ для обеспечения отбраков­ ки потенциально ненадежных ИМС. В связи с этим сбор­ ка методом перевернутого кристалла применялась в отечественной практике в основном для микромонтажа ИМС невысокого уровня интеграции (МИС и СИС). Пол­ ный контроль ИМС и проведение ЭТТ связано с исполь­ зованием полиимидных носителей, установленных в тех­

ды сборки на гибких полимерных носителях с балочными выводами. Основное преимущество сборки БИС на гибких ленточных носителях — возможность контроля характе­ ристик приборов, смонтированных на носителе, до их окончательного присоединения к коммутационной плате и ЭТТ.

Автоматическая сборка на полимерных носителях основана на присоединении контактных площадок крис­ таллов к внутренним балочным выводам, сформированным на носителях. Рисунок выводов на носителе получают путем фототравления медной или алюминиевой фольги. Фольга приклеивается к гибкой полимерной ленте или

полимерная основа наносится непосредственно на метал­ лическую фольгу. После присоединения выводов кристал­ ла к балочным выводам носителя он подвергается необ­ ходимым измерениям и испытаниям (в том числе ЭТТ) непосредственно на носителе (см. рис. 4.6). После полной аттестации прибора непосредственно перед монтажом производится отделение кристалла от измерительной части носителя путем его вырубки с оставшейся частью

1

2

К з

J

носителя, включая балочные выводы. Установка кристал­ ла на носителе производится «лицом вверх» либо «лицом вниз» (рис. 4.9).

Для медного носителя, а также для алюминиевого при нанесении на балочные выводы слоев, смачиваемых оловянными припоями (например, Та — N i), присоеди­ нение выводов осуществляется групповой пайкой, для чисто алюминиевых выводов — последовательной свар­ кой каждого вывода. Производительность операции мон­ тажа с помощью полимерных носителей, если и уступа­ ет производительности монтажа методом перевернутого кристалла, тем не менее она в 5—7 раз выше, чем при обычном проволочном монтаже. При использовании лен­ точных носителей электрические контакты получаются прочнее в 7— 10 раз, исключается влияние оператора, в связи с чем в 2—3 раза возрастает надежность операций присоединения. Ширина промышленных образцов лен­ точных носителей варьируется от 6 до 70 мм; возможна рулонная отработка, для чего в полимерной ленте соз­

ванне олова 10%-ным висмутом позволяет уменьшить толщину прослойки интерметаллида после пайки при температуре 520 К в течение 30 с до 0,5—2 мкм. При 40%-ном содержании свинца в припое и времени пайки 20 с при температуре 520 К толщина образуемых интер­ металлов составляет 4—5 мкм. Заметим, что если не происходит взаимодействия золота с элементами при­ поя, то адгезия может быть снижена из-за недостаточ-

Рис. 4.12. Тепловые характеристики кристаллов на полимерном носителе в зависимости от длины выводов:

ных сил металлической связи. Образование переходных интерметаллических слоев толщиной 1—5 мкм упроч­ няет слой; лишь дальнейшее увеличение переходного интерметаллического слоя снижает прочность спая.

На рис. 4.10 представлены оптимальные конструктив­ ные параметры для сборки кристаллов на носителе с медными выводами («лицом вниз»). На рисунке минималь­ ная длина выступа составляет 100 мкм, минимальная рабочая зона сварного инструмента 125 мкм при внешнем соединении. Минимальная длина свободного балочного вывода 280 мкм. Следует отметить, что для маленьких кристаллов (со стороной до 2,3 мм) рекомендуемая дли­ на свободного балочного вывода составляет более 300 мкм, что необходимо для предотвращения растрескива­ ния заливочного компаунда при охлаждении.

На рис. 4.11 представлена зависимость площади, занимаемой кристаллом, от числа выводов при различ-