Толстые пленки в микроэлектронике, страница 18

1. Монтаж эвтектической пайкой – наиболее распространённый метод, используемый для прикрепления полупроводниковых чипов к корпусу или подложке. Этот метод основан на том, что кремний (от чипа ИС) и золото (от контактной площадки) при 370°C образуют эвтектику (если они находятся в тесном контакте). Это очень «хорошая» температура: достаточно высокая, чтобы соединение не разрушилось при небольших нагревах, связанных с монтажом других типов компонентов (включая проволочные соединения), но в то же время она не настолько высокая, чтобы вызвать повреждение большинства кремниевых приборов под воздействием тепла (если только подложка и присоединяемый прибор не выдерживаются при этой температуре в течении длительного времени).

Преимущество пайки с помощью эвтектики золото – кремний заключается в простоте технологии. Кремний может быть расположен с обратной стороны чипа, а золото может находиться на корпусах и на подложках различного типа.

То, что является преимуществом мягких припоев перед золото - кремниевой эвтектикой – меньшая температура плавления, - может оказаться и недостатком. Это связанно с тем, что каждая из последующих операций при монтаже в корпус должна проводиться при более низкой температуре, чем предыдущая. Приятно, что эта разница в температурах должна составлять не менее 50°С. И, наконец, последняя операция должна выполняться при температуре, отличающейся, по меньшей мере на 50°С от наибольшей температуры эксплуатации готового прибора.

Чипы, присоединяемые мягким припоем (наряду с эвтектической пайкой, которая представляет собой разновидность такой пайки), обладают тем преимуществом, что их легко демонтировать. Для этого достаточно нагреть корпус до температуры плавления припоя. Затем чипы снимают с контактных площадок.

5.2.1. Соединения, выполняемые с помощью стекла. (пайкой с помощью стекла)

Стекло – это ещё один материал, который может использоваться для присоединения полупроводниковых чипов. Однако в этом случаи есть три ограничения.

Во-первых, стекло – изолятор, и поэтому оно не может применяться, когда требуется электрический между подложкой и обратной стороной чипа.

Во-вторых, оно недостаточно хорошо проводит тепло, что не позволяет использовать его, если надо обеспечить отвод большого количества тепла.

В-третьих, температура, необходимая для выполнения соединения стеклом (она составляет ~500°С), выше, чем в других методах. При такой температуре у некоторых полупроводниковых приборов наблюдается ухудшение рабочих характеристик.

Те участки подложки, куда должен присоединяться чип, покрывают слоем стекла при помощи трафаретной печати. Подложка нагревается нагревательным устройством, до тех пор, пока стекло не размягчится. Затем берётся чип и устанавливается на размягчённое стекло.

Пайка стеклом обеспечивает также хорошее согласование термических коэффициентов расширения, а некоторые процессы корпусирования позволяют осуществлять одновременное присоединение чипа и рамки выводов.

5.3. Соединения, выполняемые с помощью пластмассы. (пайкой с помощью пластмассы)

Преимущества органических соединений следующие:

- простота процесса;

- прочность и надёжность соединений;

-  низкие температурные отверждения, что исключает ухудшение характеристик активных приборов вследствие нагрева. Недостатками являются низкая теплопроводность и сложность ремонта, поскольку чипы трудно удалять;

При использовании метода термокомпрессии нагрев может повредить пластмассовые соединения, поэтому, в данном случаи чаще применяется проволочное соединение ультразвуком. Определённые трудности создаёт дегазация некоторых материалов в герметично запаянных корпусах.

Чаще всего в качестве связующего материала используется эпоксидная смола. Она очень прочна и выдерживает высокие рабочие температуры. Её наносят методом трафаретной печати вручную или автоматически, распределяя небольшими каплями, или же используют таблетки. Для увеличения теплопроводности соединения или при необходимости обеспечения электропроводности в смолу добавляют металлические наполнители.