Исследование качества клеевых соединений в полупроводниковых транзисторах и СВЧ-модулях на их основе
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность:
В настоящее время монтаж кристаллов мощных кремниевых транзисторов в корпуса приборов осуществляется пайкой и приклеиванием. Главными требованиями к этим процессам являются достижение низкого теплового сопротивления, которое характеризует качество теплоотвода и обеспечение повышенной прочности клеевого соединения во время эксплуатации полупроводникового прибора.
Клеевые составы широко применяются в современной электронной промышленности, как правило, их проверяют в жестких режимах работы различных испытаний, близких к предельным, при большом уровне рассеиваемой мощности. Предельные характеристики и надежность клеевых соединений в этих режимах во многом определяются факторами неравномерного распределения количества исследуемого материала, соотношением связующего вещества и наполнителя в их составе, неустойчивого распределения плотности тока, мощности и температуры в полупроводниковых структурах.
Образование дефектов на границе раздела «полупроводник-к
СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ 5
Глава 1. Монтаж кристаллов полупроводниковых приборов и ИС к основанию корпуса 9
1.1 Методы монтажа кристаллов полупроводниковых приборов и ИС 9
1.1.1 Классификация методов выполнения электрических соединений. 9
1.1.2 Основные методы монтажа кристаллов на основание корпуса полупроводниковых приборов и ИС 11
1.1.2.1 Монтаж кристаллов методом приклеивания 11
1.1.2.2 Пайка стеклом 14
1.1.2.3 Пайка металлическими сплавами 15
1.1.2.4. Монтаж кристаллов пайкой и низкотемпературными припоями 16
1.1.2.5 Монтаж кристаллов методом эвтектической пайки (притирка) 17
1.1.2.5.1 Контактно-реактивная 17
1.1.2.5.2 Эвтектическими сплавами 18
1.2 Монтаж кристаллов с использованием клеевых соединений
1.2.1 Физико-химические основы склеивания 19
1.2.2 Типы клеев 21
1.2.3 Способы нанесения клея 25
1.3 Способы нанесения адгезива 25
1.3.1Трафаретная печать 26
1.3.2 Метод переноса 27
1.3.3 Метод дозирования 28
1.4 Основные требования к качеству монтажа кристаллов 29
Глава 2. Методы и средства измерения качества монтажа кристаллов 31
2.1. Методы измерения теплового сопротивлени 31
2.1.1. Понятие теплового сопротивления 31
2.1.2 Стандартные методы измерения теплового сопротивления 32
2.2. Теплопроводность и методы ее измерения 37
2.2.1 Понятие тепловодности 37
2.2.2 Составляющие теплопроводности материалов 38
2.2.3 Абсолютный метод оценки теплопроводности 38
2.2.4 Относительный метод определения теплопроводности 39
2.2.5 Теплопередача 41
Глава 3. Анализ результатов измерения качества клеевых соединений полупроводниковых кристаллов 43
3.1 Используемые клеи на производстве 43
3.1.1 Выбор различных марок и видов клея методом оценки адгезии и теплового сопротивления 44
3.2 Аппаратно-программный комплекс для измерения теплового сопротивления «переход-корпус» 48
3.2.1 Устройство и принцип действия 48
3.2.2 Структурная схема 49
3.2.3 Программное обеспечение 53
3.3 Измерение качества клеевых соединений с помощью LED Meter 53
3.3.1 Последовательность операций проведения измерения 53
3.3.2 Оценка теплового сопротивления до термоциклирования 55
3.3.2.1 Результаты отдельно взятой марки клея в зависимости от проведенных термоциклов 56
3.3.2.1.1 Для марки клея EBC AA-4902 58
3.3.2.1.2 Для марки клея DM6030Hk-F954 59
3.3.2.1.3 Для марки клея Kyocera CT2700R7S 60
3.3.2.2 Результаты измерения теплового сопротивления различных марок клея до проведения термоциклов 61
3.3.2.3 Результаты измерения теплового сопротивления различных марок клея после 10 термоциклов 62
3.3.2.4 Результаты измерения теплового сопротивления различных марок клея после 20 термоциклов 63
Выводы по разделу 64
3.4 Оценка адгезии методом замера усилия на сдвиг кристаллов транзисторов на установке Condor Sigma 65
3.4.1 Описание установки Condor Sigma 65
3.4.2 Подготовка к проведению замера адгезии на установке Condor Sigma 67
3.4.2.1 Описание последовательности операций на установке 68
3.4.3 Результаты оценки адгезии методом замера усилия на сдвиг кристаллов транзисторов на установке Condor Sigma 70
ВЫВОДЫ 71
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 72
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 74
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. И.Л. Простатов технология электронных средств/ Конспект лекций/ Текст электронный//: Пайка стеклом. — 2015 — 20 март. — URL: https://studopedia.ru/8_18781_klassifikatsiya-metodov-vipolneniya-elektricheskih-soedineniy.html.
2. Смирнов В. И. Технология интегральных микросхем: учебное пособие – Ульяновск : УлГТУ, 2020. – с. 200-203.
3. Д.Р. Ерова, Г.Г Богатеев, Л.И. Казанская, З.И. Сафина, Н.А. Алексеева, Д.Г. Богатеев Технология склеивания изделий из композиционных материалов/ Физико-химические основы склеивания: учебное пособие – Казань 2014 г. - 93 с.
4. Изделия микроэлектроники// ООО «Остек Интегра» – 2021 г. – URL: https://ostec-materials.ru/knowledge-base/technologies/korpusirovanie-izdeliy-mikroelektroniki/(ostec-materials.ru)
5. Сычик В. А. Технология сборки интегральных микросхем//Конспект лекций по дисциплине «Технология сборки полупроводниковых приборов и интегральных схем»/ Текст электронный//:. – Минск: БНТУ, 2014 – с. 78-90.
6. Глобал микроэлектроника// Основные требования к качеству монтажа кристаллов/ Текст электронный//: 2022 г. – URL: — https://global-micro.ru/articles/GaN-GaAs_crystals_mounting/7. ГОСТ 19656.15-84. Диоды полупроводниковые СВЧ. Методы измерения теплового сопротивления переход- корпус и импульсного теплового сопротивления. - М.: Изд. стандартов. 1984
8. Смирнов В. И., Савостин Ю. А., Гавриков А. А., Шорин А. М. Методы и средства измерения теплового сопротивления интегральных микросхем //Автоматизация процессов управления. - 2018. - № 1. - С. 73-82.
9. ОСТ 11 0944-96. Микросхемы интегральные и приборы полупроводниковые. Методы расчёта, измерения и контроля теплового сопротивления. - М.: ГУП НПП Пульсар. - 1997.
10. Test Methods for Semiconductor Devices. MIL-STD- 750-3. Department of Defense.
11. Transient Dual Interface Test Method for the Measurement of the Thermal Resistance Junction to Case of Semiconductor Devices with Heat Flow through a Single Path. JEDEC JESD51-14 standard.
4. Толщина клеевого соединения, в состав которого входит тепло-,электропроводящий наполнитель, имеет ограниченные значения по наименьшей толщине склеиваемого соединения. У чересчур тонкого соединения будет недостаток связующего вещества, который не даст полностью связаться с наполнителем и создать взаимосвязи со скрепляемыми областями. Как правило для клеев с наименьшим модулем упругости самая меньшая толщина соединения колеблется в пределах порядка 20-50 мкм, для клеевых швов с высоким модулем упругости около 50-100 мкм;
5. Время жизни клея до момента посадки кристалла или компонента. В том случае когда клей высыхает, при этом постепенно испаряется растворитель, должного взаимодействия, а именно смачивания и присоединения скрепляемых материалов не наблюдается. На практике, время жизни перед посадкой компонента для разных клеев меняется от нескольких минут до