Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
А.Медведев Сборка и монтаж электронных устройст...doc
Скачиваний:
282
Добавлен:
14.11.2019
Размер:
6.54 Mб
Скачать

4.2. Место микросварки в производстве электроники

У современных изделий электроники размеры монтажных элементов настолько малы, что образование зоны плавления, какая наблюдается в конструкционной сварке, привело бы к их разрушению. Чтобы предотвратить разрушение монтажных элементов, микросварку проводят методами квазисплавления, когда соединение металлов проходит без образования большого литого ядра, преимущественно за счет процессов термодиффузии.

Второе принципиальное отличие монтажной микросварки от других методов соединений (в первую очередь от конструкционной) состоит в необходимости предотвращения нагрева электронных компонентов, особенно микросхем. Это тем более важно в связи с увеличением количества выводов микросхем и соответствующего уменьшения их размеров, так что зона нагрева при пайке и сварке находится в непосредственной близости к корпусу высоко-интегрированного компонента.

Третья особенность микросварки состоит в ее преимуществе перед пайкой: микросварка позволяет монтировать компоненты с очень малым зазором. Шаг выводов микросхем порядка 0,4 мм сегодня становится обычным, а завтра ожидается 0,3 мм. Зазор между такими выводами становится настолько малым (100...150 мкм), что при обычной пайке он может быть залит припоем, что приведет к КЗ. В микроэлектронике такие зазоры — обычное явление, этим обусловлено широкое использование в микроэлектронном производстве методов микросварки. Повсеместное распространение методов микросварки в производстве электроники затруднено из-за присущих ей серьезных недостатков, которые заставляют совершенствовать технологию пайки, а сварку применять в исключительных случаях.

Самый существенный недостаток микросварки состоит в затруднительности ремонта сварного соединения. Его можно только разрушить, в то время как демонтаж пайки выполняется повторным нагревом.

Зависимость режимов пайки от теплофизических характеристик и конструкции соединяемых элементов делает ее технологию неустойчивой (плохо управляемой), а значит и менее надежной. Сварку нельзя использовать для присоединения компонентов с лужеными выводами или легкоплавкими покрытиями под пайку: слой полуды будет расплавлен раньше основного металла, под действием электро- и термодинамических сил в зоне сварки произойдет разбрызгивание припоя и загрязнение сварного шва продуктами его сгорания.

Но преимущества монтажной микросварки состоит в том, что она создает не разрушающиеся при высокой температуре соединения. В конструкциях бортовой аппаратуры такие требования возникают при создании микросборок и гибридных интегральных микросхем, и удовлетворить их может только микросварка. Освоение технологий СОВ — кристалл на плате и МСМ — многокристальные модули связано с использованием микросварки как основного метода формирования межсоединений между кристаллами микросхем и монтажной подложкой.

4.3. Механизм образования сварного шва

Микросварку производят либо в жидкой фазе (сварка плавлением), либо в твердой фазе (сварка давлением и термокомпрессией). Возможность образования при плавлении хрупких интерметаллических соединений и ухудшение за счет этого адгезии тонких металлических пленок к подложке ограничивает применение микросварок с использованием нагрева до расплавления.

Ввиду малых толщин соединяемых элементов, сварка в основном выполняется без образования расплава или в режиме квазисплавления. Применение микросварок без плавления обусловлено также большей возможностью управления параметрами процесса, его механизации и автоматизации, высоким качеством соединения. При микросварке давлением формы и размеры сварной точки ограничены отпечатком рабочей частью инструмента.

Все методы монтажной микросварки отличаются лишь способами генерации и введения тепловой энергии в зону соединения:

  • при термокомпрессионной сварке тепло поступает от нагретого инструмента (кондуктивная теплопередача);

  • при контактной сварке — от тока нагрузки непосредственно в свариваемых элементах;

  • при ультразвуковой — от трения на границе соединяемых поверхностей;

  • при газовой сварке — от пламени;

  • при лучевой — от поглощения энергии светового луча.

Отсутствие зоны плавления при выполнении монтажной микросварки компенсируется обязательным присутствием процесса пластической деформации зоны соединения. Для этого процесс микросварки организуется так, чтобы нагрев сопровождался приложением давления.

Сварка в твердой фазе (сварка квазисплавлением) протекает в три стадии:

1 - физический контакт поверхностей;

2 - активация поверхностей за счет пластической деформации и нагрева;

3 - объемное взаимодействие.

На первой стадии (50 мс) вместе с образованием физического контакта начинается выделение тепла, при этом с поверхности частично удаляются (расползаются) окисные пленки. Свариваемые поверхности сближаются на расстояние атомного взаимодействия.

На второй стадии (100 мс) температура достигает максимума, увеличивается деформация, происходит активация всей поверхности соединения, точки схватывания развиваются в пятна сварки.

Третья стадия (250 мс) — уплотнение зоны соединения, образование прочных химических связей, заканчивается слияние отдельных пятен взаимодействия и релаксация напряжений упругопластической деформации сварного шва.