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

300—400° С в течение 20—30 мин, а затем тщательно обезжири­ вают.

Процесс присоединения тонкой металлической проволоки 0 10—100 мкм происходит следующим образом (см. рис. 33). На опору 1 укладывают полупроводниковый кристалл, к которому подводят металлическую проволоку, прижимают ее к кристаллу сварочной иглой 3 с определенным усилием (0,1—0,3 кГ). Сва­ рочная игла прикреплена к волноводу 5 (или является одним це­ лым с ним). С помощью магнитострикционного преобразовате­ ля 6 от ультразвукового генератора (на рисунке не показан) на волновод подаются ультразвуковые колебания с частотой 20— 60 кгц. Время сварки составляет 0,2—2 сек. После окончания процесса сварки волновод со сварочной иглой поднимается. Этот способ применяется для присоединения тонких металлических проволок к планарным диодам и транзисторам.

Наиболее характерными видами брака при ультразвуковой сварке являются:

растрескивание кристалла, которое в основном происходит из-за большей, чем необходимо, амплитуды колебаний;

сильная деформация проволоки (более 60%), образующаяся при неправильном выборе контактного усилия и времени сварки.

Одной из разновидностей ультразвуковой сварки является ультразвуковая сварка с косвенным импульсным нагревом дета­ лей. Тепло поступает от сварочного инструмента, нагреваемого проходящим током. Основным преимуществом этого метода яв­ ляется то, что он позволяет соединять большее количество ком­ бинаций материалов при сравнительно небольшом нагреве и деформации. Этот метод можно с успехом применять и для при­ соединения мощных плоских металлических проводников к неметалдпзироваинон поверхности полупроводника.

Физическая сущность данного способа соединения несколько отличается от ультразвуковой сварки. В данном случае сварка происходит при 380—750° С, превышающих температуру эвтек­ тики соединяемых материалов. Высокая температура активизи­ рует процессы на поверхностях, и соединение образуется в тече­ ние 0,1—0,25 сек. За это время может образоваться столь мало жидкой эвтектики, что сварка происходит практически в твердой фазе.

Механическое вращение пли ультразвуковые колебания инст­ румента интенсивно разрушают окисные пленки па кремнии, что в определенных условиях способствует интенсивному процессу схватывания, т. е. сварке. Давление на игле-пуансоне создает внутренние напряжения в контактных областях, а также различ­ ного вида несовершенства в кристаллических структурах, что значительно ускоряет процессы перемещения контактирующих масс. Кроме того, давление со стороны иглы выдавливает избы­ точную эвтектическую жидкость (если она образовалась) вместе с кусочками окнсных пленок и всякого рода загрязнений контак­ тов па периферийную часть.

Контактная точечная микросварка

Процесс контактной точечной микросварки заключается в на­ греве металла в местах максимального электрического сопро­ тивления при прохождении тока и одновременном сжатии сва­ риваемых деталей.

Основным показателем, определяющим технологию сварки, является состояние металла во время сварки. Исходя из этого, образующиеся соединения можно подразделить на две группы: соединения в твердой фазе при совместной пластической дефор­ мации и соединения с литым ядром, в которых металлы совмест­ но расплавляются.

Соединения первой группы образуются в результате пласти­ ческой деформации металлов, нагретых до температуры выше температуры рекристаллизации, активирующей силы межмоле­ кулярного взаимодействия на границе раздела.

Между соединениями второй группы образуется ванночка расплавленного металла. После удаления источника тепла (пре­ кращения электрического тока) металл в ванночке затвердевает (кристаллизация) и происходит сварка.

Процесс контактной точечной сварки определяют три основ­ ных параметра: 1 ) величина сварочного тока (скорость нараста­ ния тока и максимальное значение); 2 ) время сварки (длитель­ ность протекания тока); 3) усилие, сжатия электродов (прило­ женное давление).

Метод контактной точечной мпкросваркп обладает рядом преимуществ перед другими способами сварки: нагрев места сое­ динения при сварке строго локален; высокая производительность процесса; широкий диапазон свариваемых материалов; процесс сварки в меньшей степени зависит от оператора.

Контактная микросварка может проводиться тремя основны­ ми способами (рис. 36):

1 ) сварка с двусторонним расположением электродов;

2 ) сварка с односторонним расположением электродов;

3) сварка сдвоенным (расщепленным) электродом.

На рис. 37 показан пример присоединения тонкой золотой проволоки 0 50 мкм к планарной диодной структуре контакт­ ной точечной сваркой с двусторонним расположением электро­ дов.

В последнее время наибольшее распространение получил спо­ соб односторонней контактной сварки сдвоенным (расщеплен­ ным) электродом. В этом случае разрезной электрод состоит из двух токонесущих элементов, между которыми имеется слой изоляции. В момент прижатия этими элементами свариваемой детали (например, проволоки) пропускается электрический ток. При этом в основном разогревается верхняя деталь и сварка про­ исходит под действием осадки и пластической деформации де­ тали. В зависимости от размеров свариваемых проводников и требований, предъявляемых к соединениям, зазор между элек-

54

/