UNIVERSITATEA DE STAT AL BELARUSSIEI
INFORMATICĂ ȘI RADIO ELECTRONICĂ
"Termocompresie, sudare cu ultrasunete și termo-sonorizare"
Termocompresia este procesul de combinare a două materiale care se află într-o stare solidă atunci când se aplică căldură și presiune asupra lor. Temperatura de încălzire a materialelor conectate prin comprimare termică nu trebuie să depășească temperatura de formare a eutecticului lor, iar unul dintre materiale trebuie să fie placă.
Obținerea unei legături puternice prin sudare prin comprimare termică poate fi explicată după cum urmează. După cum știți, nu există suprafețe ideale. Microscop la o mărire se poate observa că la suprafața pad de chip semiconductor și sârmă electrod (O) și are o pluralitate de microprotrusions mikrovpadin. Dacă aplicăm presiune la un electrod realizat dintr-un material plastic și încălzit, de exemplu, un cip semiconductor, deformarea plastică se produce terminale electrod microproiecție și chas-, tachnaya deformare microproiectie semiconductor și conectate reciproc wicking mikrovpadiny materiale, adică termocompresie.
Când lipirea thermocompression se formează o bună aderență între chip semiconductor și electrodul (ieșire și creează un contact electric bun. Trebuie remarcat faptul că materialul plastic al terminalelor electrod /, cu atât mai mare coeficientul de aderență posedă. Astfel, aurul și aluminiu în comparație cu alte materiale utilizate conductorii de electrozi (cupru, argint) au cel mai mare coeficient de aderență, respectiv 1,84 și 1,80.
În producția de dispozitive semiconductoare și IC lipirea conecta următoarele perechi de materiale: aur - siliciu, aur - germaniu, aur - aluminiu, aur - aur, aluminiu - aluminiu, aur - argint și aluminiu - argint.
Conectarea conductorilor de electrod prin comprimare termică poate fi efectuată sub forma unuia sau a mai multor puncte plate, a unei mingi și, de asemenea, a capului (bilei) și a suprapunerii. Având în vedere conexiunea terminalelor de electrozi termokomiressiey, de obicei înseamnă că sudarea se efectuează, de regulă, în două locuri: un capăt este sudată la rampa de ieșire a cristalului (prima sudură), iar al doilea - la încheierea carcasei (a doua sudură). În funcție de procesul tehnologic adoptat de conectare a cablurilor (acest concept include și echipamentul, construcția sculei), descompunerea termică este împărțită într-o minge, pană și cusătură.
Compresia termică asemănătoare cu bilele (figura 1, a) nu necesită explicații speciale. Trebuie notat doar faptul că bilele 5 de la capătul conductorului de sârmă pot fi obținute prin fuziunea firului 1 de electrod în flacăra arzătorului de hidrogen 4 sau prin atingerea unui spațiu electric de scânteie.
Când se topește într-o flacără de hidrogen, se obțin două bile sau una. Atunci când primește unul dintre cele două bile rămase libere la capăt O deja atașat, iar celălalt este situat în tubul capilar 3 (scula) și este destinat pentru sudarea la terminalul de electrod al unui alt cristal 7 și 8. Un tampon de talon de contact într-o flacără de hidrogen se obține în cazul în care se utilizează arzătorul numai pentru a uni capătul firului în bilele care ies din capilar și nu pentru a separa cablul de electrod atașat de fir în timpul celei de-a doua suduri.
Cu ajutorul unei deschideri de scânteie și la capătul firului, se formează o singură minge, cu care terminalul electrodului este conectat la placa de contact a cristalului. Cel de-al doilea capăt al bornei electrodului este apoi sudat pe carcasa 9 într-o talpă.
Plăcuța de compresie termică (figura 1, b) este destul de dificil de realizat. Mai întâi, este necesar să se combine tamponul de contact 8 al cristalului 7 cu scula - piulița 11 și firul electrodului 1 (terminal) cu capătul său. Apoi, după sudare, firul trăgând din duza 12, este necesar să se efectueze aceeași manipulare pentru atașarea de al doilea capăt al firului 1 la carcasă 9. Apoi, fila electrodului este separat de restul ruperii firului, foarfece, tăierea O ac a marginii carcasei sau tăierea unui dispozitiv special.
Tunderea dispozitiv special este considerat cel mai bun mod, de la capătul firului nu este aplatizată (de capăt turtit nepotrivite pentru sudarea următoare) și nu rămâne lungimi mari, care nu numai că mărește consumul de sârmă (de obicei de aur), dar, de asemenea, poate duce la formarea de scurtcircuite.
Când este sigilat termic prin cusătură (figura 1, c), unealta este un capilar 3 cu o gaură axială verticală. Uneori, acest tip de compresiune termică se numește o buclă. Procesul de a crea punți de sârmă între cristalul 7 și corpul 9 în acest caz, în multe privințe, seamănă cu cusătura obișnuită. Numai la coasere, firul trece prin orificiul lateral al acului și atunci când este termocuprat prin coasere - prin orificiul axial vertical al sculei.
După sudarea capătului conductorului de electrod 1 către cristalul 7, el este tras printr-un capilar 3 care este combinat cu tamponul de contact 8 și este efectuată oa doua sudura. Apoi firul este tăiat cu foarfece 13, îndoind capătul liber sub sculă.
Termocompresia cu instrumentul sub formă de "ochi de pasăre" (figura 1, d) este denumită reticulare termică. Uneltele - "ciocul de pasăre" 14 - constă din două părți între care trece conductorul de electrod 1. După terminarea ambelor suduri, sârmă este tăiată, deplasând scula departe de locul de sudare. Acest instrument este dificil de fabricat și de utilizat, prin urmare, are o aplicare limitată în producție. În același timp, aceasta asigură o rezistență ridicată a conexiunii, deoarece pe terminalul său de electrozi se formează amprenta 10 cu un rigidizator.
Trebuie notat că fiecare metodă de comprimare termică este caracterizată prin amprenta sculei de pe terminalul electrodului.
Cea mai eficientă este comprimarea termică cu bilă, dar este utilizată numai atunci când se montează dispozitive semiconductoare cu zone de contact mari, folosind un fir de electrod cu un diametru mai mare de 20 microni. Când firul electrodului de aur este termocompresat pe un cristal de siliciu, temperatura de încălzire este de 350-380 ° C, presiunea este de 60-100 MN / m2, iar timpul de menținere este de 2-20 s. La conectarea unui fir de aur cu un strat de aur depus pe o peliculă de dioxid de siliciu, temperatura de încălzire trebuie să fie de 250-370 ° C, o presiune de 60-100 MN / m2 și un timp de 0,5-2 s.
Principalul avantaj este posibilitatea conectării thermocompression lipirea fără flux și metallov de lipire în stare solidă la temperaturi relativ scăzute și deformare redusă (de 10 - 30%), atât în aer și într-o atmosferă formirgaza sau hidrogen uscat. În plus, compresia termică are o procesabilitate relativ ridicată, constând în simplitatea modurilor de selectare și a echipamentelor de producție, precum și capacitatea de a controla calitatea sudării.
Dezavantajele compresiunii termice - un număr limitat de perechi de metale sudate, cerințe ridicate asupra calității suprafețelor care urmează să fie îmbinate, productivitatea relativ scăzută a muncii (de obicei sudarea se face sub microscop).
Pentru a atașa electrodul conduce cu ajutorul lipirii setări speciale diferite de unele de design și caracteristici de design exterior, care se bazează pe trei caracteristici laid: metoda de incalzire, instrument de proiectare și de tip thermocompression lipire. În diferite instalații de compresie a căldurii, o masă poate fi încălzită (figura 2, a), o unealtă (figura 2, b) sau o unealtă și o masă (figura 2, c).
Figura 1. Sudarea termocompresivă cu o minge (a), pene (b), coasere (c), "cioc pasăre" (g):
1 - electrod de sârmă 2 - dispozitivul de prindere, 3 - un capilar, 4 - hidrogen arzător 5 - bilă 6 - electrod de plumb, 7.8 - cip tampoane de contact și carcase (bord), 9 - un corp (bord), 10 - forma de amprentă a instrumentului, 11 - pene, 12 - duză, 13 - foarfece, 14 - "cioc pasăre".
Figura 2. Tipurile de sudare cu termocompresie, în funcție de metoda de încălzire a tabelului (e), instrumentul (b, d), tabelul și instrumentul (înăuntru):
1 - instrument, 2 - electrod de sârmă, 3 - cristal, 4 - carcasă, 5 - masă, b - încălzitor.
O varietate de lipire este sudura instrument indirect puls încălzire (PIELE) din material rezistent la căldură servind ca un conductor de curent electric (Figura 2d). Când un impuls de curent electric se produce o supraîncălzire a sculei, prin care acestea pot fi sudate, bornele metalelor ductilității joase (cupru, aliaj de argint) cu pelicule subțiri de metal depuse pe materiale semiconductoare sau ceramică.
Sudarea cu ultrasunete este procesul de îmbinare a două materiale care sunt într-o stare solidă, cu încălzire nesemnificativă, cu aplicarea unei anumite presiuni și oscilații ale frecvenței ultrasonice.
La sudarea cu ultrasunete, temperatura de încălzire în zona de contact nu depășește 50-60% din punctul de topire al materialelor care urmează a fi lipite. Presiunea de contact, selectată experimental, depinde de proprietățile mecanice ale materialelor sudate și de dimensiunile pieselor din ele. De obicei, deformarea pieselor conectate prin sudură cu ultrasunete nu depășește 5-20% din dimensiunile originale.
Sudarea cu ultrasunete se efectuează în domeniul de frecvență de la 18 la 250 kHz. Vibrațiile cu ultrasunete, care acționează asupra conexiunii, o încălzesc, fără contaminare și cu oxizi de suprafață în zona de contact, accelerează deformarea plastică a cablurilor de electrod. Ca urmare, suprafețele curate fizic se apropie de distanța acțiunii forțelor interatomice, difuzia reciprocă și o legătură puternică a celor două materiale.
Când sudarea cu ultrasunete nu utilizează fluxuri și aliaje, acesta este principalul său avantaj. În plus, prin această metodă, este posibil să se combine materiale eterogene, îngroșate și dificil de sudat.
Deci, cu ajutorul ultrasunetelor, terminalele electrodului de aur și aluminiu, cu un strat de aur aplicat la sitall de-a lungul substratului nichrom, sunt bine sudate; Terminale de electrozi din aluminiu cu film de aluminiu depus pe sticlă, siliciu sau dioxid de siliciu; aur, aluminiu și fir de cupru conduce IMS cu strat de aur depus pe covar pe un substrat de nichel.
Centurile de sudura cu ultrasunete sunt echipate cu diferite sisteme pentru transferul vibratiilor ultrasonice pana la punctul de contact al materialelor sudate. Astfel, pentru sudarea firelor conductoare de IC utilizate, în general, sistem oscilant prodolno transversal ultrasonic cu o sculă angajată îndoire vibrații (Figura 3).
vibrații ultrasonice de la traductor 1 este transmis prin butucul (waveguide) 2 dispusă perpendicular pe un instrument de sudură 3, care, la rândul lor, le transmite la firul eletrodnomu borna 4 și 5. Cristalul instrument, ceea ce face oscilațiile de îndoire acționează asupra terminalului electrodului, lepuit-l cristal. În acest caz, suprafețele de contact sunt curățate, încălzite, apropiate și are loc difuzia reciprocă a atomilor.
Figura 3. Sistem oscilator longitudinal transversal cu ultrasunete:
Compușii obținuți Durabilitate prin sudare ultrasonică, în funcție de amplitudinea și frecvența vibrațiilor ultrasonice ale sculei, forța de contact aplicată pieselor sudate, starea suprafețelor lor, timpul de sudare și de putere a sistemului oscilant.
Amplitudinea și frecvența oscilațiilor instrumentului pentru fiecare pereche de părți de o anumită grosime sunt selectate experimental, deoarece sarcina dinamică transmisă în zona de contact depinde de ele. Astfel, pentru a conecta detaliile cu o grosime mică, se folosesc părți mici (0,005-0,015 mm) și frecvențe mai mari (până la 100 kHz).
Deformarea plastică a materialelor depinde de proprietățile lor fizice și mecanice, de grosimea și forța de contact aplicată, precum și de starea suprafețelor. Astfel, pentru conductorii de electrod cu diametrul de la 20 la 50 μm, forța de contact este cuprinsă între 0,05 și 1 N.
Sistemul de alimentare oscilație este determinată de structura de instalare și timpul de sudare depinde de amplitudinea selectată și frecvența instrument de oscilație, forța de contact, precum și proprietățile materialelor sudate, grosimea lor și de obicei variază de la câteva sutimi până la câteva zecimi de secundă.
Suprafețele care trebuie sudate trebuie să fie curate, lipsite de grăsimi și defecte grosiere. Trebuie reținut faptul că principala condiție pentru sudarea ultrasonică de înaltă calitate este contactul liber al suprafețelor care urmează să fie îmbinate.
Intensificarea procesului de sudare cu ultrasunete este facilitată de încălzirea indirectă cu impuls a sculei. Impactul simultan al vibrațiilor cu ultrasunete asupra pieselor conectate și încălzirea cu impuls a sculei mărește rezistența, reduce deformarea cablurilor și permite sudarea materialelor greu de sudat.
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: