Файл: Минскер Ф.Е. Сборка полупроводниковых приборов учеб. пособие.pdf

Механизм подачи и обрезки проволоки различен в зависимо­ сти от назначения установки. При сварке иглой чаще исполь­ зуется роликовый механизм подачи, в котором ролики враща­ ются от электродвигателя. Обрезка проволоки производится ножницами.

При сварке капиллярныминструментом или инструментом типа «птичий клюв» применяют катушку со свободным сматыва­ нием проволоки.

Манипуляторы предназначены для точного совмещения рабо­ чего инструмента и соединяемых деталей.' Обычно используют манипуляторы двух типов: рычажные и паитографные. Точность расположения получаемого контакта составляет 5—7 мкм.

Рис. 47. Схема приспособления для испытания приборов па разрыв:

1 — кристалл, 2 — выводы

Система наблюдения состоит обычно из бинокулярного или стереоскопического микроскопа с увеличением от 8 до 80 крат. Для лучшего наблюдения и удобства работы микроскоп должен иметь большое фокусное расстояние (80—100 мм).

В табл. 9 приведены технические характеристики наиболее распространенных отечественных установок.

Метод контроля качества термокомпрессионных соединений может быть разрушающим и неразрушающим.

Наиболее эффективны для оценки качества соединений — испытания на механическую прочность и металлографический анализ. С помощью этих метод'ов контроля выбирают оптималь­ ный режим процесса термокомпрессии. Существует довольно много различных приспособлений, установок для проверки меха­ нической прочности соединения (рис. 47).

Кристалл с двумя присоединенными выводами зажимается в специальном устройстве, и соединение постепенно нагружают растягивающей силой, действующей параллельно поверхности кристалла (испытания на срез). Соединение является качествен-

GS

ным, если его прочность составляет не менее 70%' от прочности на растяжение присоединенной проволоки.

Другим типом механических испытаний является проверка соединений на отрыв под углом 30, 45, 90 или 180° относительно поверхности подложки. Такие механические’испытания следует производить на каждых трех-четырех образцах повой партии приборов.

Металлографический анализ шлифов дает возможность уста­ новить структуру сварного соединения и выявить ее внутренние дефекты. Анализ особенно эффективен в том случае, когда при визуальном осмотре соединения не были обнаружены дефекты. С помощью металлографического анализа выявляют такие де­ фекты, как плохое сцепление металлической пленки с кристаллом полупроводника; вплавление металла в объем полупроводника, получившееся из-за высокой температуры процесса сварки; мик­ ротрещины в кристалле полупроводника; наличие интерметалли­ ческих соединений.

Установление причин этих дефектов дает возможность соот­ ветствующим образом изменить технологические параметры ре­ жима сварки для получения качественных соединений.

Визуальный осмотр соединений является наиболее распрост­ раненным методом контроля. Качество готовых узлов прове­ ряют 100%-ным осмотром с применением микроскопа на соответ­ ствие требованиям чертежа. Зона сварки не должна быть сме­ щена за границы контактной площади. Деформация вывода должна составлять 30—60% от его толщины. При деформациях от 60 до 90% прочность соединения может резко падать и отбра­ ковку в этом случае ведут индивидуально, т. е. с учетом наличия или отсутствия других дефектов.

Изменение электрических характеристик прибора после при­ соединения выводов также достаточно четко дает представление о правильности выбранного технологического режима сварки и возможных дефектах в структуре полупроводника, получившихся в процессе присоединения выводов. Например, резкое увеличе­ ние величины обратных токов и падение пробивного напряжения диодной структуры свидетельствует о возможных микротрещииах в объеме полупроводника, по которым происходит утечка тока.

§16. Присоединение выводов пайкой

Впроцессе панки происходит взаимное растворение и диффу­ зия припоя и основного металла в достаточно тонком приповерх­ ностном слое соединяемых металлов.

Впроизводстве полупроводниковых приборов методами пай­ ки присоединяют токоведущие выводы и производят посадку

кристаллов на кристаллодержатель. В ряде случаев при добав­ лении соответствующих легирующих добавок пайкой образуется р-п-переход.

69

Паяные соединения должны обладать высокой механической прочностью, малым омическим сопротивлением, устойчивостью к термическим нагрузкам в диапазоне температур —60----1-120° С, коррозионной стойкостью, устойчивостью к ударным и вибра- дионн-ым нагрузкам.

Для получения высокого качества паяных соединений необхо­ димо соблюдать следующее:

поверхности соединяемых деталей должны быть свободны от грязи, масла и толстых слоев окисла;

при пайке на большой площади необходимо сохранять опти­ мальный зазор между соединяемыми поверхностями;

применяемый способ пайки должен обеспечивать нагрев всей зоны пайки до температуры на 20—50° С, превышающей темпе­ ратуру плавления припоя;

припой должен обладать хорошей текучестью при темпера­ туре пайки и полностью заполнять зазор.

Для присоединения выводов методом пайки используют мяг­ кие легкоплавкие припои, в основном на индиевой, оловянной и свинцовой основах. Марки и химический состав припоев приве­ дены в табл. 10.

Рассмотрим технологический процесс пайки токоотводов в во­ дородной печи. Процесс пайки в печи ведется посредством нагре­ ва собранных в приспособлении деталей с заранее вложенным припоем, но без флюса, так как атмосфера водорода восстанав­ ливает окислы на поверхности деталей и припоя и предохраняет их от окисления в процессе пайки. После пайки детали в зависи­ мости от конструкции печи охлаждаются либо в холодной каме­ ре, либо вместе с печью, но в обоих случаях охлаждение ведется в среде водорода до температуры 100° С, чтобы не допустить появления на поверхности детали окалины. При папке в водо­ родной среде применяют припой в виде проволоки диаметром 0,3—1,2 мм или фольгу толщиной 0,05—0,1 мм.

Перед проведением процесса папки в печи необходимо тща­ тельно очистить соединяемые детали от загрязнений, собрать подготовленные к пайке детали в специальное приспособление (кассету) и одновременно заложить припой в места панки. Под­ готовленное к пайке приспособление следует поместить на ло­ дочку и загрузить в печь. Печь нагревают до определенной тем­ пературы, и соединение, подлежащее пайке, выдерживают в ра­ бочей камере печи до полного расплавления припоя. Рабочая температура печи должна замеряться и регулироваться автома­ тическим терморегулирующим прибором с термопарой. Затем включают охлаждение и охлаждают печь до температуры 100° С. После этого печь отключают и выгружают соединение.

На рис. 48 изображена схема присоединения вывода к крем­ ниевому кристаллу. Присоединение производится методом пайки в конвейерной водородной печи (см. гл. Ill, § 8) в специальных кассетах. Кристалл кремния представляет собой диодную мезаструктуру, поверхность которой покрыта металлическим слоем

70

(никель—золото). В гнезда кассеты помещают детали в такой последовательности: держатели, втулки кассеты, припойные шай­ бы, верхний вывод, грузы. Кассету закрывают крышкой и поме­ щают в конвейерную печь. Температура пайки 290—310° С. Ско­ рость движения ленты 2,5—3,5 см/мин. В качестве припоя используют трехслойную фольгу РЫп25—РЬ—РЫп25. После окончания пайки кассету разгружают, приборы тщательно осмат­ ривают под микроскопом. Основные дефекты, возникающие в процессе пайки: несимметричное расположение верхнего вывода относительно кристалла, недостаточное растекание 'припоя по

71