Термокомпрессионная ультразвуковая и термозвуковая сварки

БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ИНФОРМАТИКИ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ

кафедра ЭТТ

РЕФЕРАТ

на тему:

"Термокомпрессионная, ультразвуковая и термозвуковая сварки"

МИНСК, 2008

Термокомпрессия - это процесс соединения двух материалов, находящихся в твердом состоянии, при воздействии на них теплоты и давления. Температура нагрева соединяемых термокомпрессией материалов не должна превышать температуру образования их эвтектики, и один из материалов должен быть пластинным.

Получение прочного соединения термокомпрессиоиной сваркой можно объяснись следующим образом. Как известно, идеальных поверхностей не существует. В микроскоп при сильном увеличении можно увидеть, что на поверхностях контактной площадки полупроводникового кристалла и электродной проволоки (вывода) имеется множество микровыступов и микровпадин. Если приложить давление к электродному выводу, изготовленному из пластичного материала, и нагревать, например, полупроводниковый кристалл, произойдет пластическая деформация микровыступов электродного вывода, а также час-, тачная деформация микровыступов полупроводника и взаимное затекание соединяемых материалов в микровпадины, т.е. термокомпресоионная сварка.

При термокомпрессионной сварке образуется хорошая адгезия между полупроводниковым кристаллом и электродным (Выводом и создается надежный электрический контакт. Следует отметить, что чем пластичнее материал электродных выводов/, тем большим коэффициентом адгезии он обладает. Так, золото и алюминий по сравнению с другими материалами, используемыми для электродных выводов (медь, серебро), имеют наибольший коэффициент адгезии, соответственно равный 1,84 и 1,80.

В производстве полупроводниковых приборов и ИМС термокомпрессией соединяют следующие пары материалов: золото - кремний, золото - германий, золото - алюминий, золото - золото, алюминий - алюминий, золото - серебро и алюминий - серебро.

Присоединение электродных выводов термокомпрессией может быть выполнено в виде одной или нескольких плоских точек, шарика, а также встык (шариком) и внахлест. Рассматривая присоединение электродных выводов термокомирессией, обычно имеют в виду, что сварка выполняется, как правило, в двух местах: один конец вывода приваривают к контактной площадке кристалла (первая сварка), а второй - к выводу корпуса (вторая сварка). В зависимости от принятого технологического процесса присоединения выводов (в это понятие входит также оборудование, конструкция инструмента) термокомпрессию разделяют на шариковую, клином и сшиванием.

Шариковая термокомпрессия (Рисунок 1, а) каких-либо особых пояснений не требует. Следует только отметить, что шарик 5 на конце проволочного вывода может быть получен оплавлением электродной проволоки 1 в пламени водородной горелки 4 или прикосновением к электрическому разряднику.

При оплавлении в водородном пламени получают два шарика или один. При получении двух шариков один остается свободным на конце уже присоединенного вывода, а другой находится в капилляре 3 (инструменте) и предназначен для приварки очередного электродного вывода к кристаллу 7 и контактной площадке 8. Один шарик в водородном пламени получают в том случае, когда горелку используют только для оплавления конца проволоки в шарик, выходящий из капилляра, а не для отделения присоединенного электродного вывода от проволоки при второй сварке.

С помощью разрядника и на конце проволоки образуется только один шарик, которым электродный вывод присоединяют к контактной площадке кристалла. Второй конец электродного вывода в этом случае приваривают к корпусу 9 внахлест.

Термокомпрессия клином (Рисунок 1, б) довольно сложна для выполнения. Сначала необходимо совместить контактную площадку 8 кристалла 7 с инструментом - клином 11 и электродную проволоку 1 (вывод) с его концом. Затем, после сварки, вытянув проволоку из сопла 12, надо проделать те же манипуляции для присоединения второго конца проволоки 1 к корпусу 9. Далее отделяют электродный вывод от остальной части проволоки обрывом, ножницами, перерезанием иглой о край вывода корпуса или обрезкой специальным устройством.

Обрезка специальным устройством считается наилучшим способом, так как конец проволоки не сплющивается (сплющенный конец непригоден для следующей приварки) и не остается длинных отрезков, которые не только увеличивают расход проволоки (обычно золотой), но и могут быть причиной образования коротких замыканий.

При термокомпрессии сшиванием (Рисунок 1, в) инструмент представляет собой капилляр 3 с вертикальным осевым отверстием. Иногда этот вид термокомпрессии называют петлевым. Процесс создания проволочных перемычек между кристаллом 7 и корпусом 9 в этом случае во многом напоминает обычное шитье. Только при шитье нитка проходит через боковое отверстие иголки, а при термокомпрессии сшиванием - через вертикальное осевое отверстие инструмента.

После приварки конца электродной проволоки 1 к кристаллу 7 ее вытягивают через капилляр 3, который совмещают с контактной площадкой 8 и выполняют вторую сварку. Затем проволоку обрезают ножницами 13, загибая свободный конец под инструмент.

Термокомпрессию инструментом ввиде "птичьего к л ю в а" (Рисунок 1, г) относят к термокомпрессии сшиванием. Инструмент - "птичий клюв" 14 - состоит из двух частей, между которыми пропускают электродную проволоку 1. После выполнения обеих сварок проволоку о