Получение соединений повышенной плотности термозвуковой микросваркой в 3D интегральных микросхемах

Рассмотрены процессы получения микросварных соединений повышенной плотности в 3D интегральных схемах термозвуковой микросваркой, включающие использование повышенных частот ультразвука, применение микроинструмента с утонением рабочего торца и прецизионных устройств формирования шарика, обеспечивающих...

Повний опис

Збережено в:

Бібліографічні деталі
Дата:	2014
Автори:	Ланин, В.Л., Петухов, И.Б.
Формат:	Стаття
Мова:	Russian
Опубліковано:	Інститут фізики напівпровідників імені В.Є. Лашкарьова НАН України 2014
Назва видання:	Технология и конструирование в электронной аппаратуре
Теми:	Технологические процессы и оборудование
Онлайн доступ:	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/70556
Теги:	Додати тег Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Цитувати:	Получение соединений повышенной плотности термозвуковой микросваркой в 3D интегральных микросхемах / В.Л. Ланин, И.Б. Петухов // Технология и конструирование в электронной аппаратуре. — 2014. — № 2-3. — С. 48-53. — Бібліогр.: 9 назв. — рос.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-70556
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-705562017-04-10T13:27:37Z Получение соединений повышенной плотности термозвуковой микросваркой в 3D интегральных микросхемах Ланин, В.Л. Петухов, И.Б. Технологические процессы и оборудование Рассмотрены процессы получения микросварных соединений повышенной плотности в 3D интегральных схемах термозвуковой микросваркой, включающие использование повышенных частот ультразвука, применение микроинструмента с утонением рабочего торца и прецизионных устройств формирования шарика, обеспечивающих воспроизводимость качества соединений. При малом шаге расположения контактных площадок необходимо использовать проволоку малого сечения (25 мкм) в конструкциях приборов с многоуровневым расположением выводов и шахматным расположением контактных площадок на кристалле, когда максимальная длина формируемых перемычек составляет не более 4—5 мм. Розглянуто процеси отримання мікрозварних з'єднань підвищеної щільності в 3D інтегральних схемах термозвуковим мікрозварюванням, що включають використання підвищених частот ультразвуку, застосування мікроінструментів з стоншенням робочого торця і прецизійних пристроїв формування кульки, що забезпечують відтворюваність якості з'єднань. The authors consider the processes of obtaining raised density microwelded connections in 3D-integrated microcircuits by the thermosonic microwelding. The processes include the use of the raised frequencies of ultrasound, application of the microinstrument with a thinning of the working end and precision devices for ball formation, which provide reproducibility of connections quality. 2014 Article Получение соединений повышенной плотности термозвуковой микросваркой в 3D интегральных микросхемах / В.Л. Ланин, И.Б. Петухов // Технология и конструирование в электронной аппаратуре. — 2014. — № 2-3. — С. 48-53. — Бібліогр.: 9 назв. — рос. 2225-5818 DOI: 10.15222/TKEA2014.2-3.48 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/70556 621.396.6 ru Технология и конструирование в электронной аппаратуре Інститут фізики напівпровідників імені В.Є. Лашкарьова НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Russian
topic	Технологические процессы и оборудование Технологические процессы и оборудование
spellingShingle	Технологические процессы и оборудование Технологические процессы и оборудование Ланин, В.Л. Петухов, И.Б. Получение соединений повышенной плотности термозвуковой микросваркой в 3D интегральных микросхемах Технология и конструирование в электронной аппаратуре
description	Рассмотрены процессы получения микросварных соединений повышенной плотности в 3D интегральных схемах термозвуковой микросваркой, включающие использование повышенных частот ультразвука, применение микроинструмента с утонением рабочего торца и прецизионных устройств формирования шарика, обеспечивающих воспроизводимость качества соединений. При малом шаге расположения контактных площадок необходимо использовать проволоку малого сечения (25 мкм) в конструкциях приборов с многоуровневым расположением выводов и шахматным расположением контактных площадок на кристалле, когда максимальная длина формируемых перемычек составляет не более 4—5 мм.
format	Article
author	Ланин, В.Л. Петухов, И.Б.
author_facet	Ланин, В.Л. Петухов, И.Б.
author_sort	Ланин, В.Л.
title	Получение соединений повышенной плотности термозвуковой микросваркой в 3D интегральных микросхемах
title_short	Получение соединений повышенной плотности термозвуковой микросваркой в 3D интегральных микросхемах
title_full	Получение соединений повышенной плотности термозвуковой микросваркой в 3D интегральных микросхемах
title_fullStr	Получение соединений повышенной плотности термозвуковой микросваркой в 3D интегральных микросхемах
title_full_unstemmed	Получение соединений повышенной плотности термозвуковой микросваркой в 3D интегральных микросхемах
title_sort	получение соединений повышенной плотности термозвуковой микросваркой в 3d интегральных микросхемах
publisher	Інститут фізики напівпровідників імені В.Є. Лашкарьова НАН України
publishDate	2014
topic_facet	Технологические процессы и оборудование
url	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/70556
citation_txt	Получение соединений повышенной плотности термозвуковой микросваркой в 3D интегральных микросхемах / В.Л. Ланин, И.Б. Петухов // Технология и конструирование в электронной аппаратуре. — 2014. — № 2-3. — С. 48-53. — Бібліогр.: 9 назв. — рос.
series	Технология и конструирование в электронной аппаратуре
work_keys_str_mv	AT laninvl polučeniesoedinenijpovyšennojplotnostitermozvukovojmikrosvarkojv3dintegralʹnyhmikroshemah AT petuhovib polučeniesoedinenijpovyšennojplotnostitermozvukovojmikrosvarkojv3dintegralʹnyhmikroshemah
first_indexed	2025-07-05T19:45:22Z
last_indexed	2025-07-05T19:45:22Z
_version_	1836837475019915264
fulltext	Òåõíîëîãèÿ è êîíñòðóèðîâàíèå â ýëåêòðîííîé àïïàðàòóðå, 2014, ¹ 2–3 48 ÒÅÕÍÎËÎÃÈЧÅÑÊÈÅ ÏÐÎÖÅÑÑÛ È ÎÁÎÐÓÄÎÂÀÍÈÅ ÓÄÊ 621.396.6 Ä. ò. í. В. Л. ЛАНИН1, И. Б. ПЕТУХОВ2 Беларусь, г. Минск, 1БГУИР, 2УП «КБТЭМ-СО» ГНПО «Планар» E-mail: vlanin@bsuir.by, petuchov@kbtem.by ПОЛУЧЕНИЕ СОЕДИНЕНИЙ ПОВЫШЕННОЙ ПЛОТНОСТИ ТЕРМОЗВУКОВОЙ МИКРОСВАРКОЙ В 3D ИНÒЕГРАЛЬНЫХ МИÊРОСХЕМАХ Микроминиатюризация электронных ком- понентов и создание функционально сложных мèêðîýëåêòðîííыõ óñòðîéñòâ, â чàñòíîñòè 3D интегральных микросхем и многокристалличе- ских модулей, вызвала особые проблемы в об- ласти формирования микросварных соединений. В 3D-ñбîðêàõ зà ñчåò ñîêðàщåíèÿ дëèíы мåж- соединений и замены длинных горизонтальных связей на короткие вертикальные повышается плотность упаковки компонентов и рабочая ча- стота устройств. Однако наличие большого чис- ла проволочных перемычек на различных уров- нях усложняет монтаж и не способствует повы- шению надежности изделия [1]. Для формирования микросварных соедине- ний повышенной плотности, когда размер кон- òàêòíыõ ïëîщàдîê íà êðèñòàëëå ñîñòàâëÿåò 60×60 мкм и менее, шаг между соседними кон- òàêòíымè ïëîщàдêàмè 40—50 мêм, à чèñëî âы- водов корпуса более 100 [2], совершенно оче- видно, что необходимо использовать проволо- ку малого диаметра (≤25 мêм), à мîíòàж âåñòè ïðåèмóщåñòâåííî òåðмîзâóêîâîé мèêðîñâàðêîé мåòîдîм «шàðèê — êëèí» [3]. Одним из способов достижения высокой вос- производимости сварных соединений при тер- мозвуковой сварке с использованием проволо- ки уменьшенного диаметра (≤25 мêм) ïðè ñбîð- ке приборов с повышенной плотностью монта- жа является применение ультразвуковых си- стем повышенной частоты (≥ 100 êГц) [4]. Пðè ýòîм îбåñïåчèâàåòñÿ ñîêðàщåíèå âðåмåíè ñâàð- ки за счет интенсивного размягчения сваривае- мых материалов и лучшей передачи ультразву- ковой энергии. Рассмоòреíы процессы получеíия микросварíых соедиíеíий повышеííой плоòíосòи в 3D иíòе- гральíых схемах òермозвуковой микросваркой, включающие использоваíие повышеííых часòоò уль- òразвука, примеíеíие микроиíсòрумеíòа с уòоíеíием рабочего òорца и прецизиоííых усòройсòв формироваíия шарика, обеспечивающих воспроизводимосòь качесòва соедиíеíий. При малом шаге расположеíия коíòакòíых площадок íеобходимо использоваòь проволоку малого сечеíия (25 мкм) в коíсòрукциях приборов с мíогоуровíевым расположеíием выводов и шахмаòíым расположеíием коíòакòíых площадок íа крисòалле, когда максимальíая длиíа формируемых перемычек сосòав- ляеò íе более 4—5 мм. Êлючевые слова: микросварка, òермозвук, соедиíеíия, иíòегральíые микросхемы. В íàñòîÿщåå âðåмÿ дëÿ îбåñïåчåíèÿ íàдåж- ных межсоединений между кристаллом и выво- дíîé ðàмêîé мåòîдîм «шàðèê — êëèí» èñïîëь- зóюò зîëîòóю ïðîâîëîêó (дî 95% èзãîòàâëèâà- åмыõ мèêðîñõåм â мèðå) [3]. Сòàбèëьíîñòь дè- аметра и симметрия образуемых электроискро- вым методом шариков определяют качество по- лучаемых сварных соединений встык шариком íà êðèñòàëëå. Òàê, дëÿ êîíòàêòíîé ïëîщàдêè размерами 60×60 мкм при микросварке золотой ïðîâîëîêîé дèàмåòðîм 25 мêм ñ шàãîм ñîåдè- нений 60 мкм необходимо обеспечить исходный дèàмåòð îïëàâëåííîãî шàðèêà 1,7—1,8 îò дèà- метра проволоки (что меньше стандартного зна- чåíèÿ 2—2,5 дèàмåòðà ïðîâîëîêè), ò. å. â дè- àïàзîíå 42,5—45 мêм, дëÿ îбåñïåчåíèÿ ðàзмå- ðà дåфîðмèðîâàííîãî шàðèêà îò 52,5 дî 55 мêм [5]. Рàзбðîñ зíàчåíèé дèàмåòðà èñõîдíыõ шàðè- êîâ ±2,5 мêм ñ óчåòîм ïîãðåшíîñòè ïîзèцèîíè- рования сварочной головки ±4 мкм может при- вести к выходу сварного соединения за преде- ëы êîíòàêòíîé ïëîщàдêè è ïîâðåждåíèю òîïî- логии кристалла. Поскольку разброс по дефор- мации соединений шариком встык на кристал- ле сильно зависит от геометрии рабочего торца капилляра, необходимо при выборе последнего учитывать паспортные отклонения его размеров. Цåëью íàñòîÿщåé ðàбîòы ÿâëÿåòñÿ îïðåдåëå- ние условий формирования микросварных сое- дèíåíèé ïîâышåííîé ïëîòíîñòè â 3D èíòåãðàëь- ных схемах термозвуковой микросваркой, вклю- чая оценку минимальных размеров контактных ïëîщàдîê íà êðèñòàëëå, âыбîð èíñòðóмåíòà ñ утонением рабочего торца и оценка влияния па- DOI: 10.15222/TKEA2014.2-3.48 Òåõíîëîãèÿ è êîíñòðóèðîâàíèå â ýëåêòðîííîé àïïàðàòóðå, 2014, ¹ 2–3 49 ÒÅÕÍÎËÎÃÈЧÅÑÊÈÅ ÏÐÎÖÅÑÑÛ È ÎÁÎÐÓÄÎÂÀÍÈÅ раметров геометрии рабочего торца на воспро- изводимость качества соединений. Îценка минимальных размеров контактных площадок для термозвуковой микросварки методом «шарик — клин» Качество микросварных соединений может быть обеспечено, если центр шарика находится в точке пересечения диагоналей квадратной или ïðÿмîóãîëьíîé êîíòàêòíîé ïëîщàдêè íà êðè- сталле, а сама сварная точка не выходит за ее пределы. В действительности же сварная точ- êà мîжåò быòь ñмåщåíà èз-зà îãðàíèчåíèé ïî точности приводов установки по координатам X—Y, погрешности машинного зрения и раз- броса значений диаметра присоединенного ша- рика, а также его асимметрии. Положение ша- ðèêà íà êîíòàêòíîé ïëîщàдêå îãðàíèчåíî åå ðàз- мерами (рис. 1). Известно [6], что коэффициент точности тех- нологического процесса формирования соедине- ния вычисляется как ,K 6T σ ∆= (1) где ∆, σ — ñîîòâåòñòâåííî, дîïóñêàåмîå è ñðåд- неквадратичное отклонения от центра контакт- íîé ïëîщàдêè. Óчèòыâàÿ ñîîòíîшåíèå (1), фîðмóëó дëÿ êî- эффициента точности по координате X можно зàïèñàòь â ñëåдóющåм âèдå: – – – / .K L D X X 6 2Ø X x X X 1 2 T σ ∆ ∆ = (2) Вõîдÿщèå ñюдà âåëèчèíы îòíîñÿòñÿ ê êîîð- динате Х и означают: DШХ — средний размер деформированного шарика; \|∆Х1–∆Х2\|/2 — среднее отклонение центра шари- êà îò цåíòðà ïëîщàдêè èëè ñðåд- нее значение ошибки позициониро- вания; σx — среднеквадратичное отклонение по- ложения центра шарика от центра êîíòàêòíîé ïëîщàдêè. Аналогично для коэффициента точности по координате Y имеем – – – / ,K L D Y Y 6 2Ø Y y Y Y 1 2 T σ ∆ ∆ = (3) ãдå âõîдÿщèå âåëèчèíы îзíàчàюò òî жå ñàмîå, чòî è â фîðмóëå (2), ïðèмåíèòåëьíî ê îñè Y. Из ñîîòíîшåíèé (2) è (3) ñëåдóåò, чòî êî- эффициенты точности зависят как от разброса значений диаметра деформированных шариков íà êîíòàêòíыõ ïëîщàдêàõ, òàê è îò îòêëîíåíèé ∆X1, ∆X2, ∆Y1, ∆Y2, обусловленных погрешно- стями позиционирования по координатным осям и погрешности системы машинного зрения. Была проведена оценка точности позици- онирования шарика золотой проволоки диа- метром Dп=25 мêм íà êîíòàêòíîé ïëîщàдêå размером 80×80 мкм на кристалле при монта- же термозвуковой микросваркой на установке ЭМ-4260. Размер исходного шарика устанавли- вался 2,2×Dп. Пîëóчåíы ñëåдóющèå ðåзóëьòàòы: DШх=65,3 мêм; DШy=66,5 мêм; \|∆Х1–∆Х2\|/2=2,6 мêм; \|∆Y1–∆Y2\|/2=2,7 мêм; σx=0,98 мêм; σy=1,1 мкм; ÊТХ=2,08; ÊТY=1,63. Как видно, полученные коэффициенты точно- ñòè бîëьшå íîðмàòèâíîãî зíàчåíèÿ 1,3 [6], ïîý- тому можно говорить о том, что при сборке при- боров процесс стабилен с выходом годных не ме- íåå 99,1%. Нåòðóдíî óбåдèòьñÿ, чòî дëÿ êîíòàêò- íыõ ïëîщàдîê ðàзмåðîм 60×60 мкм необходи- мо уменьшить диаметр деформированных шари- ков по крайней мере до 48 мкм и тогда получим ÊТХ=1,61 и ÊТY=1,42. Другим возможным реше- нием является использование проволоки умень- шенного диаметра, например 20 мкм. При этом диаметр исходного шарика будет стандартным по отношению к диаметру проволоки, а именно 2×Dп (40 мêм). Рàзâàðêà êðèñòàëëîâ êðåдèòíыõ êàðòîчåê íà ëåíòå Heraeus (Гåðмàíèÿ) ñ ðàзмå- ðîм êîíòàêòíыõ ïëîщàдîê 60×60 мкм на установ- ке ЭМ-4060П не увенчалась успехом, посколь- ку погрешность позиционирования установки (значения \|∆Х1–∆Х2\|/2 и \|∆Y1–∆Y2\|/2 состав- ëÿюò ïîðÿдêà 8 мêм) íå ïîзâîëèëà îбåñïåчèòь стабильность процесса из-за выхода сварной точ- êè зà ãðàíèцы êîíòàêòíîé ïëîщàдêè. Пðè ýòîм коэффициенты ÊТХ и ÊТY не превышают значе- íèÿ 0,83. Нåîбõîдèмî îòмåòèòь, чòî дëÿ îбåñïå- чения воспроизводимой деформации шариков малого диаметра (≤ 2Dп) òðåбóåòñÿ ïðåцèзèîí- ная работа ультразвуковой системы, а рабочий Рис. 1. Условное положение шарика на контактной ïëîщàдêå (дëÿ ñîîòâåòñòâóющèõ êîîðдèíàòíыõ îñåé óêàзàíы: Dx, Dy — ðàзмåðы шàðèêà; Lx, Ly — ðàзмåðы êîíòàêòíîé ïëîщàдêè; ∆X1, ∆X2, ∆Y1, ∆Y2 — ðàзмåðы, îïðåдåëÿю- щèå ïîëîжåíèå шàðèêà íà ïëîщàдêå; мåíьшèé êðóã ñî- îòâåòñòâóåò ñåчåíèю ïðîâîëîêè) Dx D y ∆X2 ∆X1 ∆Y 2 ∆Y 1 L y Lx Y X Òåõíîëîãèÿ è êîíñòðóèðîâàíèå â ýëåêòðîííîé àïïàðàòóðå, 2014, ¹ 2–3 50 ÒÅÕÍÎËÎÃÈЧÅÑÊÈÅ ÏÐÎÖÅÑÑÛ È ÎÁÎÐÓÄÎÂÀÍÈÅ диапазон устанавливаемых параметров микро- сварки сужается. При формировании соединений проволокой малого диаметра сложно образовать прямолиней- ные проволочные выводы при достаточно боль- шой их длине. Рассмотрим для примера верх- нюю сторону сборки многовыводного прибора, с равномерно распределенными контактными пло- щàдêàмè íà êîðïóñå ïðèбîðà ñ шàãîм Р1 и кон- òàêòíымè ïëîщàдêàмè íà êðèñòàëëå ñ шàãîм Р2, как показано на рис. 2. Рассчитаем максимальную длину, которую может иметь вывод на данной схеме, т. е. n-й по счету вывод относительно 1-го, контактные ïëîщàдêè êîòîðîãî íàõîдÿòñÿ íà âåðòèêàëьíîé оси. Рассмотрим на рис. 2 прямоугольную тра- пецию, боковые стороны которой образованы от- резками длиной L1 и Ln, à îñíîâàíèÿ — îòðåз- êàмè мåждó êîíòàêòíымè ïëîщàдêàмè êîðïó- ñà ïðèбîðà è êîíòàêòíымè ïëîщàдêàмè íà êðè- сталле для этих выводов. Таким образом, дли- ну n-го вывода можно вычислить как (( – ) –( – ) )L n P n P L1 1 1n 2 2 1 2= + . (4) При n=30, P1=0,3, P2=0,09 è L1=1,5, íàïðè- мер, получим Ln=6,2 мм. Формирование выводов такой длины прово- локой уменьшенного диаметра является сложной задачей и требует не только точных интерполи- рованных движений микроинструмента в систе- ме координат XYZ, но и проволоки с необходи- мыми упругими свойствами. Из ñîîòíîшåíèÿ (4) âèдíî, чòî îñíîâíîé вклад в увеличение длины вывода вносит раз- ница в шаге выводов корпуса и кристалла. С конструктивной точки зрения выполнить ши- ðèíó êîíòàêòíыõ ïëîщàдîê êîðïóñà S1 менее 100 мкм очень сложно и нецелесообразно из-за невозможности обеспечить необходимую проч- ность соединения «встык» при его малой пло- щàдè. Вîзмîжíым ðåшåíèåм ïðîбëåмы ÿâëÿåòñÿ многоуровневое расположение выводов корпуса è шàõмàòíîå ðàñïîëîжåíèå êîíòàêòíыõ ïëîщà- док на кристалле. Âыбор капилляра для соединений повышенной плотности Выбор геометрии капилляра для термозвуко- вой сварки имеет большое значение, и при его подборе необходимо учитывать определенные требования. Для определения требуемого диа- метра шарика под выбранный из каталога ка- пилляр (рис. 3) фèðм-ïðîèзâîдèòåëåé мèêðîèí- ñòðóмåíòîâ, íàïðèмåð SPT (Шâåéцàðèÿ), мîжíî âîñïîëьзîâàòьñÿ ñëåдóющèм ñîîòíîшåíèåм [7]: 1,5 ( – ) ( , ) – 1,5 ) , FAB H H WD CA CD H MBD MBH 4 0 5tg / 2 3 3 2 1 3$ $ = + + + ^ (5) где FAB — диаметр исходного шарика; H — диаметр отверстия капилляра; WD — диаметр проволоки; CD — диаметр внутренней фаски; CA — угол внутренней фаски; MBD — диаметр деформированного шарика; MBH — высота деформированного шарика. Рассчитаем необходимый диаметр исходного шàðèêà дëÿ ïðîâîëîêè дèàмåòðîм 25 мêм ïðè среднем диаметре деформированного шарика 65 мêм è åãî âыñîòå 15 мêм дëÿ ïðèñîåдèíåíèÿ ê êîíòàêòíым ïëîщàдêàм êðèñòàëëà ðàзмåðîм 80×80 мêм. Из êàòàëîãà SPT âыбèðàåм ñòàíдàðò- íыé èíñòðóмåíò òèïà UTF-38HG [9] è, ïîдñòàâ- ëÿÿ зíàчåíèÿ åãî ïàðàмåòðîâ â âыðàжåíèå (5), получим FAB=57,3 мêм. Отношение полученного диаметра шарика к дèàмåòðó ïðîâîëîêè ñîñòàâëÿåò 57,3/25=2,29, чòî является стандартным значением. Полученный результат позволяет корректно установить не- обходимые режимы работы блока формирова- ния шарика, а именно ток разряда и его дли- тельность, исходя из технических характеристик Рис. 2. Схема проволочных межсоединений меж- дó êîíòàêòíымè ïëîщàдêàмè êðèñòàëëà è êîðïóñà прибора P2S2 Кристалл LnL1 S1 P1 Внешние контакты 1-й 2-й n-й Рèñ. 3. Шàðèê дî ñâàðêè (а), ïðîфèëь дåфîðмè- рованного шарика после присоединения (б) è âèд рабочего торца капилля- ра с проволокой на пози- ции присоединения (в) (обозначения из катало- ãà фèðмы SPT [8]) H MDB WD CB MBH FAB CA б)à) â) H СD Т WD OR FA Òåõíîëîãèÿ è êîíñòðóèðîâàíèå â ýëåêòðîííîé àïïàðàòóðå, 2014, ¹ 2–3 51 ÒÅÕÍÎËÎÃÈЧÅÑÊÈÅ ÏÐÎÖÅÑÑÛ È ÎÁÎÐÓÄÎÂÀÍÈÅ блока и рекомендаций производителей конкрет- ного типа проволоки. Рассмотрим влияние геометрии торца капил- ляра на процесс термозвуковой сварки. 1. Диаметр отверстия капилляра выбирают ðàâíым 1,3—1,4 дèàмåòðà ïðîâîëîêè дëÿ ñâî- бодного скольжения проволоки. В случае по- вышенной плотности соединений уменьшаются размеры рабочего торца, и это отношение диа- метров уменьшают до 1,2. 2. Диаметр внутренней фаски CD и ее угол CA определяют форму и размер деформирован- ного шарика, поскольку с ними связано расте- кание материала при деформации объема исход- ного шарика. Деформированный шарик состо- èò èз òðåõ чàñòåé (ðèñ. 3, б). Вåðõíÿÿ цèëèí- дрическая часть определяется диаметром отвер- стия капилляра H, далее под ней располагает- ñÿ êîíóñíàÿ чàñòь, îбðàзóющàÿñÿ èз-зà íàëèчèÿ внутренней фаски и угла CA, типовое значение êîòîðîãî íàõîдèòñÿ â дèàïàзîíå îò 70 дî 120°. Нижняя часть имеет диаметр MDB, зàâèñÿщèé от приложенного к капилляру усилия и подво- димой ультразвуковой энергии. Чем больше угол CA, тем больше диаметр деформированного ша- рика. Поэтому для сборки приборов с повышен- ной плотностью монтажа необходимо выбирать êàïèëëÿðы ñ óãëîм âíóòðåííåé фàñêè дî 90°. 3. Óãîë òîðцà êàïèëëÿðà FA в большей сте- пени определяет надежность и прочность вто- рой сварки встык на внешних выводах прибора è âыбèðàåòñÿ ðàâíым 4 èëè 8°. Пðè ïîíèжåí- ной температуре сварки в диапазоне от 140 до 80°С íàèбîëåå ýффåêòèâíым ÿâëÿåòñÿ ïðèмåíå- íèå êàïèëëÿðîâ ñ óãëîм òîðцà 4°. Вíåшíèé ðà- диус OR ïðåдîòâðàщàåò ïîдðåзàíèå ïðîâîëîêè в месте второй сварки. 4. Для того чтобы торец капилляра не касал- ся соседних соединений и перемычек в случае мàëîãî ðàзмåðà êîíòàêòíыõ ïëîщàдîê è мàëî- го расстояния между ними, используют капил- ляр с утоненным наконечником (рис. 4). Пðè åãî подборе необходимо учитывать диаметр торца T, точнее Т/2, îïðåдåëÿåмыé ðàññòîÿíèåм ВРР мåждó цåíòðàмè êîíòàêòíыõ ïëîщàдîê íà êðè- сталле (рис. 4, б; здесь BPO — ðàзмåð âñêðы- òîé êîíòàêòíîé ïëîщàдêè îò ïàññèâàцèè). Из рис. 4, а видно, что при определенной высоте перемычки возможно ее касание с тор- цîм êàïèëëÿðà, ïðåдñòàâëÿющåãî ñîбîé êîíóñ. Мèíèмàëьíîå ðàññòîÿíèå FPP мåждó цåíòðàмè сварных точек определяется углом конуса Q и высотой перемычки h и может быть вычислено по формуле FPP=/2+h⋅tg0,5Q+WD/2. (6) Термозвуковая микросварка шариком при повышенной частоте ультразвука 104 кГц была применена при монтаже золотых проволочных ïåðåмычåê дèàмåòðîм 25 мêм â мíîãîêðèñòàë- лическом модуле (рис. 5). Мîдóëь ñîбðàí â мå- таллокерамическом 40-выводном корпусе, в ко- тором установлены три кристалла ИС, вклю- чая конструкцию «кристалл на кристалле». На нижнем кристалле этой конструкции имеются êîíòàêòíыå ïëîщàдêè ñ âыðàщåííымè зîëîòы- мè êîíòàêòíымè âыñòóïàмè (бàмïàмè) дëÿ îбå- спечения межкристаллического соединения про- волочными выводами без повреждения контакт- íыõ ïëîщàдîê â мåñòå âòîðîé ñâàðêè мåòîдîм «шàðèê — êëèí». Мèêðîñâàðêà âыïîëíÿëàñь ïðè òåмïåðàòóðå ðàбîчåé зîíы 145°С. Сëåдóåò îòмåòèòь, чòî âыðàщèâàíèå êîíòàêòíыõ ïëîщà- дîê â âèдå âыñòóïîâ íåîбõîдèмîé òîëщèíы ÿâ- ëÿåòñÿ ñëîжíым è дîðîãîñòîÿщèм ïðîцåññîм. Альтернативным методом создания бампов на êîíòàêòíыõ ïëîщàдêàõ êðèñòàëëà мîжåò быòь технология присоединения к ним оплавленных шариков на конце золотой проволоки с отделе- нием проволоки у места перехода проволоки в шар. Подобные конструкции позволяют собрать сложную измерительную систему, включая сен- соры, в одном корпусе или на подложке с ми- íèмèзàцèåé ïëîщàдè мîíòàжà. Рис. 4. Схема положе- ния (а) è âíåшíèé âèд [8] (б) êàïèëëÿðà ñ óòî- ненным наконечником для плотного монтажа MBH б)à) FPP BPO hDпT BPP Рèñ. 5. Мíîãîêðèñòàëëèчåñêèé мîдóëь â мåòàëëîêå- рамическом корпусе с проволочными межсоедине- íèÿ мè òèïà «шàðèê — êëèí» Q Òåõíîëîãèÿ è êîíñòðóèðîâàíèå â ýëåêòðîííîé àïïàðàòóðå, 2014, ¹ 2–3 52 ÒÅÕÍÎËÎÃÈЧÅÑÊÈÅ ÏÐÎÖÅÑÑÛ È ÎÁÎÐÓÄÎÂÀÍÈÅ Пðè ñбîðêå òàêèõ ïðèбîðîâ ñóщåñòâåííым ïðåèмóщåñòâîм îбëàдàåò мåòîд òåðмîзâóêîâîé ñâàðêè «шàðèê — êëèí», ïîзâîëÿющèé фîð- мировать короткие межкристаллические связи бåз ñëîжíыõ ïåðåмåщåíèé êàïèëëÿðà, êîòîðыå íåîбõîдèмы ïðè мèêðîñâàðêå мåòîдîм «êëèí — клин» (рис. 6). С дðóãîé ñòîðîíы, ïðè ñбîðêå мåòîдîм «êëèí — êëèí» ïðîщå îбåñïåчèòь ïðÿ- молинейность длинных межсоединений. Заключение Пóòè ðåшåíèÿ ïðîбëåм, âîзíèêàющèõ ïðè термозвуковой микросварке соединений повы- шенной плотности, можно обозначить как сле- дóющèå: — ïðè мàëîм шàãå ðàñïîëîжåíèÿ êîíòàêò- íыõ ïëîщàдîê íåîбõîдèмî èñïîëьзîâàòь ïðî- âîëîêó мàëîãî ñåчåíèÿ (25 мêм) â êîíñòðóêцè- ях приборов с многоуровневым расположением выводов и шахматным расположением контакт- íыõ ïëîщàдîê íà êðèñòàëëå, êîãдà мàêñèмàëь- ная длина формируемых перемычек составляет íå бîëåå 4—5 мм; — èñïîëьзîâàíèå мèêðîèíñòðóмåíòà ñ óòî- ненным рабочим торцом и оптимальными геоме- трическими параметрами для конкретного диа- метра проволоки; — ïðèмåíåíèå ïðåцèзèîííыõ óñòðîéñòâ фîð- мèðîâàíèÿ шàðèêà, ïðåèмóщåñòâåííî îòðèцà- òåëьíîé ïîëÿðíîñòè, îбåñïåчèâàющèõ âîñïðîèз- водимый диаметр образуемых шариков; — ïðèмåíåíèå óëьòðàзâóêîâîãî ãåíåðàòîðà ñ точной регулировкой подводимой энергии и под- держанием ультразвуковой системы на резонанс- ной частоте для обеспечения минимального раз- броса деформации шарика на контактных пло- щàдêàõ êðèñòàëëîâ ИС. ИСПОЛЬЗОВАННЫЕ ИСÒОЧНИÊИ 1. Integrated interconnect technologies for 3D nano electronics systems / Ed. by M.S. Bakir, J.D. Meindl.— London: Artech House, 2009. 2. Zhong Z., Goh K.S. Analysis and experiments of ball deformation for ultra fine pitch wire bonding // Journal of Electronics Manufacturing.—2001.— Vol. 10, N 4.— P. 365—371. 3. Harmann G.G. Wire bonding in microelectronics.— USA, NY: McGraw Hill, 3-d edition, 2010. 4. Ланин В., Петухов И., Мордвинцев Д. Повышение качества микросварных соединений в интегральных схе- мах с использованием ультразвуковых систем повышен- íîé чàñòîòы // Òåõíîëîãèè â ýëåêòðîííîé ïðîмышëåííî- ñòè.— 2010.— ¹ 1.— С. 48—50. 5. Lanin V.L., Petukhov I.B. The spark process of ball formation upon thermosonic welding in electronics // Surface Engineering and Applied Electrochemistry.— 2013.— Vol. 49, N 2.— P. 148—151. DOI:10.3103/S1068375513020087. 6. Bhote K.R., Bhote A.K. World class quality. Using design of experiments to make it happen.— USA, NY: Amacom, 2000. 7. http://www.smallprecisiontools.com/products- and-solutions/chip-bonding-tools/bonding-capillaries/ technical-guide/process-optimization/typical-wire-bond- process-optimization/?oid=569&lang=en 8. http://www.smallprecisiontools.com/products-and- solutions/chip-bonding-tools/bonding-capillaries/technical- guide/basic-capillary-design-rules/?oid=560&lang=en 9. http://www.smallprecisiontools.com/publications- and - c a t a l ogue s/ch ip -bond ing - t oo l s - c a t a l ogue s - and-brochures/chip-bonding-tools-catalogues-pdf- catalogues/?oid=452&lang=en Äаòа посòуплеíия рукописи в редакцию 21.11 2013 г. Рис. 6. Многокристаллический модуль в корпу- ñå CQFP ñ ïðîâîëîчíымè мåжñîåдèíåíèÿмè òèïà «êëèí — êëèí» Ln В. Л. ЛАНІН, І. Б. ПЕТУХОВ Білорусь, м. Мінськ, БГУІР, УП «КБТЕМ-СО» ДНВО «Планар» E-mail: vlanin@bsuir.by, petuchov@kbtem.by ОÒРИМАННЯ З'ЄÄНАНЬ ПІÄВИЩЕНОЇ ЩІЛЬНОСÒІ ÒЕРМОЗВÓÊОВИМ МІÊРОЗВАРЮВАННЯМ Ó 3D ІНÒЕГРАЛЬНИХ МІÊРОСХЕМАХ Розгляíуòо процеси оòримаííя мікрозварíих з'єдíаíь підвищеíої щільíосòі в 3D іíòегральíих схемах òермозвуковим мікрозварюваííям, що включаюòь викорисòаííя підвищеíих часòоò ульòразвуку, за- сòосуваííя мікроіíсòрумеíòів з сòоíшеííям робочого òорця і прецизійíих присòроїв формуваííя куль- ки, що забезпечуюòь відòворюваíісòь якосòі з'єдíаíь. Êлючові слова: мікрозварюваííя, òермозвук, з'єдíаííя, іíòегральíі мікросхеми. Òåõíîëîãèÿ è êîíñòðóèðîâàíèå â ýëåêòðîííîé àïïàðàòóðå, 2014, ¹ 2–3 53 ÒÅÕÍÎËÎÃÈЧÅÑÊÈÅ ÏÐÎÖÅÑÑÛ È ÎÁÎÐÓÄÎÂÀÍÈÅ V. L. LANIN, I. B. PETUHOV Belarus, Minsk, BSUIR, KBTEM-CO GNPO «Planar» E-mail: vlanin@bsuir.by, petuchov@kbtem.by OBTAINING RAISED DENSITY CONNECTIONS BY THERMOSONIC MICROWELDING IN 3D INTEGRATED MICROCIRCUITS The authors consider the processes of obtaining raised density microwelded connections in 3D-integrated mi- crocircuits by the thermosonic microwelding. The processes include the use of the raised frequencies of ultra- sound, application of the microinstrument with a thinning of the working end and precision devices for ball formation, which provide reproducibility of connections quality. At a small step of contact pads, the use of a wire of small diameter (not more than 25 µm) is necessary for devices with a multilevel arrangement of leads and chess arrangement of contact pads on the chip, providing the maximum length of the formed crosspieces does not exceed 4—5 mm. Keywords: microwelding, thermosonic, connections, integrated microcircuits. REFERENCES 1. Integrated Interconnect Technologies for 3D Nano Electronics Systems. Ed. by M.S. Bakir, J.D. Meindl, London, Artech House, 2009, 528 p. 2. Zhong Z., Goh K.S. Analysis and experiments of Ball deformation for ultra fine pitch wire bonding. Journal of Electronics Manufacturing, 2001, vol. 10, no 4, pp. 365—371. 3. Harmann G.G. Wire Bonding in Microelectronics, USA, NY: McGraw Hill, 3-d edition, 2010, 432 p. 4. LaninV., Petuhov I., Mordvintsev D. [Improvement of microwelded connec-tions quality in integrated circuits by use raised frequency ultrasonic systems] Tekhnologii v elektronnoi promyshlennosti, 2010, no 1, pp. 48—50 (in Russian) 5. Lanin V.L., Petukhov I.B. The spark process of ball formation upon thermosonic welding in electronics. Surface Engineering and Applied Electrochemistry, 2013, vol. 49, no 2, pp. 148—151. DOI:10.3103/S1068375513020087. 6. Bhote K.R., Bhote A.K. World class quality. Using design of experiments to make it happen. USA, NY, Amacom, 2000, 487 p. 7. http://www.smallprecisiontools.com/products- and-solutions/chip-bonding-tools/bonding-capillaries/ technical-guide/process-optimization/typical-wire-bond- process-optimization/?oid=569&lang=en 8. http://www.smallprecisiontools.com/products-and- solutions/chip-bonding-tools/bonding-capillaries/technical- guide/basic-capillary-design-rules/?oid=560&lang=en 9. http://www.smallprecisiontools.com/publications- and - c a t a l ogue s/ch ip -bond ing - t oo l s - c a t a l ogue s - and-brochures/chip-bonding-tools-catalogues-pdf- catalogues/?oid=452&lang=en DOI: 10.15222/TKEA2014.2-3.48 UDC 621.396.6 ÍÎÂÛÅ ÊÍÈÃÈ Í Î Â Û Å Ê Í È Ã È Ñукачев Э. À. Ñотовые сети радиосвязи с подвижными объектами.— Îдесса: ÎÍÀÑ им. À. Ñ. Ïопова, 2013. Приведены принципы построения и функционирования се- тей связи с подвижными объектами при использовании со- товой структуры зоны покрытия; основы организации мно- гостанционного доступа с различными видами разделения сигналов; технические характеристики цифровых стандар- тов систем подвижной радиосвязи, получивших широкое признание в мировой практике. Исследуются различные мо- дели распространения радиоволн вблизи поверхности зем- ли, которые используются для расчетов уровня сигнала на входе приемников базовых и мобильных станций. Большое внимание уделяется вопросам анализа внутрисистемных по- мех и методам их уменьшения. Приводятся расчетные фор- мóëы дëÿ îïðåдåëåíèÿ îòíîшåíèÿ ñèãíàë/ïîмåõà â ëюбîé òîчêå ñîòы, à òàêжå дëÿ êîíòðîëÿ ñòåïåíè èзмåíåíèÿ ýòîãî îòíîшåíèÿ ïðè ïåðåмåщåíèè мîбèëьíîé станции в пределах соты. Впервые в систематизированном виде изложены осно- вы геометрии сотовых структур. С позиции теории массового обслуживания рас- смотрены элементы проектирования сотовых сетей подвижной радиосвязи. Тео- ретический материал иллюстрируется большим количеством числовых примеров. Учебное пособие предназначено для студентов старших курсов, аспирантов и спе- циалистов в области проектирования, разворачивания и тестирования сотовых сетей радиосвязи с подвижными объектами.

Получение соединений повышенной плотности термозвуковой микросваркой в 3D интегральных микросхемах

Репозитарії

Схожі ресурси