Оптимизация параметров вибрационной пайки

↑

⇐ ПредыдущаяСтр 6 из 6

Оптимизация параметров вибрационной пайки

Исследованы факторы, определяющие температуру нагрева кристалла и величину остаточных термических напряжений в диапазоне температур пайки:

толщина паяного соединения;

«сплошность» припоя под кристаллом (наличие пустот, непропаев);

образование зоны локальной деформации на непланарной стороне кристалла, вызванное воздействием металлической иглы механизма съема кристаллов с адгезионного носителя.

Результаты контроля толщины паяного соединения для разных параметров вибрации

представлены на рис. 3. Контроль выхода годных приборов после изготовления контрольных партий при использовании различных режимов вибрации в процессе напайки кристаллов показал, что при малой дозе припоя (100 имп.) выход годных составляет 93,5-95,0%. При этом малая амплитуда колебаний кристалла в пределах 250 мкм не позволяет получить сплошной паяный шов под кристаллом. При дозах припоя более 150 имп. выход годных находился в пределах 96,3-97,8%. Припой, растекаясь за пределы кристалла (на величину заданной

амплитуды колебаний), эффективно заполняет все пространство под кристаллом и вытекает со всех сторон кристалла. Паяный шов образуется без пор, пустот и щелей.

Для обеспечения толщины паяного соединения «кристалл-кристаллодержатель» не менее 30 мкм необходимо не только увеличивать дозу припоя более 150 имп., но и уменьшать амплитуду колебаний кристалла в процессе монтажа. Однако применение малых амплитуд вибраций имеет и отрицательное влияние. Так, при амплитуде менее 250 мкм качество паяного соединения ухудшается из-за образований локальных, не смоченных припоем участков, располагаемых вблизи центральной части кристалла. При этом площадь непропаев может

достигать 25-30% от площади активной транзисторной структуры. Образующиеся неоднородности способствуют развитию тепловой неустойчивости однородного токо-распределения, искажению теплового фронта и, за счет этого, перегреву кристалла. В результате отмечается снижение процента выхода годных до 88,2-93,5%. Увеличение параметров вибрации по координатам X, Υ и амплитуды вибраций более 750 мкм приводит к эффективному растеканию припоя за пределами активной структуры. При этом толщина под кристаллом очень слабо зависит

от дозы и не превышает уровня 15н-22 мкм. При таких высоких уровнях вибрации припой под кристаллом имеет однородную структуру, благодаря этому обеспечивается равномерное распространение теплового потока, что способствует также росту выхода годных до 95,9-97,6%.

При монтаже кристаллов с амплитудой вибраций 500 мкм образуется не только бездефектное паяное соединение, как при АXY = 750 мкм, но и достигается заданная толщина припоя в пределах 30-35 мкм. Качественное присоединение кристаллов позволяет получить выход годных по электрическим параметрам на уровне 95,5-97,8%.

Определены требования к величине силы удержания кристалла F на адгезионном носителе, оптимальная величина которой составляет 0,05 Н. Использование адгезионного носителя с FУД >> 0,05 Н для кристаллов площадью 25 мм2 требует более тщательной настройки работы механизма съема кристаллов. При этом с целью компенсации крутящего момента, приводящего к развороту кристалла или его сбрасыванию с вакуумной присоски, необходимо корректировать в сторону увеличения угол опережения

движения иглы

подкола. Это приводит к росту динамического воздействия иглы на кристалл и увеличению площади дефектов.

Для оценки эффективности выбранных технологических режимов автоматизированного монтажа кристаллов были проведены сравнительные испытания изготовленных приборов путем воздействия термоударов при Т = -196÷+200 °С, п = 100 циклов с замером электропараметров JКЭК, UКЭ НАС., UБЭНАС.,RТЛК, через каждые десять термоударов. Увеличение параметров вибрации АXY в процессе монтажа кристаллов (рис. 4) приводит к снижению толщины припоя

под кристаллом и снижению надежности приборов при термошоковых испытаниях из-за развития термомеханических напряжений в системе «кристалл-припой-кристалло держатель», приводящих к возникновению трещин в кристалле.

Внешний вид припоя под кристаллом после вибрационной пайки и травления приведен на рис. 5а. При пассивном процессе монтажа кристалл находится в состоянии статического равновесия под действием силы собственного веса (вариант напайки кристалла в конвейерной водородной печи показан на рис. 5б). Для пассивного монтажа характерно образование локальных пустот и непропаев под кристаллом, которые, являясь концентраторами, способствуют росту напряжений более чем в 2 раза после термоциклического воздействия. Это приводит

также к ухудшению воспроизводимости по температуре перегрева кристалла, увеличивая ΔTj до (40÷90) °С и снижая выход годных до 90-95%. Для варианта автоматизированного процесса присоединения кристаллов выход годных составил 97,2-98,6%, а ΔTj =(40÷55) °С .

Автоматизированый монтаж кристаллов вибрационной пайкой приводит к гомогенизации паяного соединения, исключению дефектов в виде пустот и непропаев, в результате чего снижается уровень термомеханических напряжений активной структуры, снижается переходное тепловое сопротивление и повышается его воспроизводимость. При амплитуде колебаний кристалла 250-500 мкм по криволинейной замкнутой траектории происходит наиболее эффективное удаление окисных пленок и шлаков за пределы активной зоны, что обеспечивает равномерную

толщину припоя в соединении. Автомат ЭМ4085-14М позволяет осуществлять автоматизированный монтаж на припой кристаллов площадью 25 мм2 вибрационной пайкой с высоким качеством соединений и изготавливать высоковольтные мощные транзисторы

с выходом годных по электрическим параметрам до 98%. Для обеспечения высокой устойчивости к термоциклическим нагрузкам при Т = —196÷+200 °С необходимо тщательно выбирать параметры вибрационной пайки и дозу припоя. 

Рис. 3. Зависимость толщины припоя под кристаллом от дозы припоя (Νнпм) при различной амплитуде колебаний: 1 — 250 мкм; 2 — 500 мкм; 3 — 750 мкм

Рис. 4. Зависимости количества отказов и толщины припоя в соединении от амплитуды вибраций: 1 — толщина припоя; 2 — количество отказов после термоударов

Рис.5. Внешний вид припоя под кристаллом (кристалл удален травлением): а — напайка на ЭМ4085-14М;б — напайка впечи ЖК4007

Познавательные статьи:



Формы дистанционного обучения

Передача мяча двумя руками снизу

Значение правильной осанки для жизнедеятельности человека

Основные ошибки при выполнении передач мяча на месте