Технологический процесс сварки электрического оборудования автомобиля

Наиболее широко распространенной схемой монтажа является соединение контактных площадок полупроводникового кристалла прибора, полученного по пленарной технологии, с внешними выводами корпуса с помощью гибких проводников. Один конец круглого проводника из алюминия или золота диаметром 10—300 мкм должен быть приварен к тонкой металлической пленке из алюминия или золота, напыленной на окисленный кремний, а другой — к золоченому или алюминированному ковару или к золоченой толстой пленке на керамическом основании корпуса.

При сборке кремниевых бескорпусных диодов плоские медные золоченые  выводы присоединяют непосредственно  к полупроводнику микросваркой давлением с образованием эвтектики.

Последовательность выполнения операций монтажа проволочных соединений между контактными площадками интегральных схем или транзисторов и выводами корпуса различными способами приведена в табл. 1.

При сварке термокомпрессией, косвенным импульсным нагревом и  ультра-П звуком можно применять все варианты монтажа. При односторонней контактной сварке приемлемой является только сварка внахлестку по первым двум вариантам.

В гибридных интегральных схемах гибкие проводники сваривают  с металлическими пленками (тонкими и толстыми), напыленными или выращенными гальванически на диэлектрических подложках (ситалл, поликор, алюмокерамика).

Разработаны и начинают широко применяться в промышленности беспроволочные методы монтажа интегральных схем, позволяющие максимально автоматизировать процессы их сборки. Беспроволочный монтаж выполняется по нескольким схемам, отличающимся конструктивным исполнением соединяемых элементов (рис. 5).

 

 

Таблица.1.

 

Рис. 5.

Схемы беспроволочного  монтажа микросхем:  
1 — кристалл интегральной схемы; 2 — лепестковые выводы («паучки»); 3 — внешние выводы корпуса (ковар, покрытый золотом или алюминием); 4 — подложка схемы из керамики; 5 — столбиковые жесткие выводы (выступы); 6 — «балочные» выводы

 

Наибольшее развитие получил  способ монтажа лепестковых («паучковых») выводов к кристаллу и внешним выводам корпуса или контактным площадкам керамической подложки (рис. 5, а).

Для присоединения навесных элементов в гибридных схемах широко используется монтаж способом «перевернутого» кристалла с контактными выступами (столбиками) на подложке или кристалле (рис. 5, б). Находит применение и способ монтажа с балочными выводами, причем эти выводы могут быть как на< кристалле полупроводникового прибора, так и на подложке гибридной схемы* (рис. 5, в). При беспроволочных способах монтажа сваривают разнообразные сочетания материалов (Аl—Al, A1—Аu, Аu—Аu, Сu—Sn—Аu и др.) и применяют различные типы соединений. При этом используются в основном групповые способы сварки (пайки), которые требуют более тщательного подхода к разработке и применению способов микросварки и рабочего инструмента.

Все способы беспроволочного  монтажа разрабатывались в первую очередь с целью повышения производительности и надежности микросхем и снижения стоимости сборки и монтажа ИС и ГИС.

Монтаж навесных элементов  с плоскими выводами в схемах на печатных платах выполняется несколькими  способами сварки (или сварки-пайки) по двум вариантам (рис. 6): сварка плоских выводов приборов с токоведущими дорожками диэлектрической подложки (рис. 6, а) или с штырями, запрессованными в отверстия платы (рис. 6, б).

Рис. 6.

Схема монтажа  навесных элементов на печатные платы:  
1 — навесной элемент (интегральная схема, транзистор, резистор); 2 — токоведущая дорожка печатной платы; 3 — вывод навесного элемента; 4 — металлический штырь; 5 — диэлектрическая плата (стеклотекстолит, гетинакс)

 

При монтаже навесных элементов  на печатные платы могут быть применены следующие способы микросварки давлением:

• двусторонняя контактная точечная;
• односторонняя точечная сдвоенным электродом;
• ультразвуковая.

Из-за отклонения размеров выводов, токоведущих дорожек на подложке, толщины покрытия и т.д. для сварки плоских выводов обязательно применяют автоматическую подстройку режима в процессе сварки.

6. Параметры режимов сварки и свариваемость материалов микросхем.

Свойства микросварных соединений, выполненных различными способами микросварки, зависят от следующих основных групп факторов:

• сочетания свариваемых материалов, стабильности их механических свойств и состояния соединяемых поверхностей;
• воспроизводимости параметров процесса сварки и эффективности применяемых систем регулирования и управления;
• типа рабочего инструмента, обеспечивающего получение сварных соединений необходимой формы.

Трудности создания соединений в электронных микросхемах заключаются в специфике элементов и особенностях контактируемых пар: чрезвычайно большая разница в толщинах соединяемых элементов (проводники диаметром 20—750 мкм и пленки толщиной < 1 мкм) и большое различие физических свойств свариваемых элементов.

Для сварки проводников с  тонкопленочными контактными площадками, напыленными на разнообразные подложки, применяется несколько способов в зависимости от сочетания свариваемых  материалов выводов и контактных площадок. (табл. 2.)

Таблица.2.

При сварке проводников с  металлическими пленками на изоляционных подложках из стекла, ситалла, керамики необходимо создать такой цикл нагрева свариваемых деталей, при котором не происходит разрушения подложки в зоне в результате термического удара.

Наиболее приемлемый термический  цикл нагрева и охлаждения подложки в зоне сварки показан на рис. 7.

Рис. 7. Оптимальный термический цикл при сварке проводников с тонкими металлическими пленками на хрупких подложках

 

При монтаже выводов навесных элементов на печатные платы, которые  нельзя нагревать до высокой температуры, требуется выполнять сварку при  минимальной длительности импульса (менее 3—5 мс).

Наиболее распространенным способом соединения при монтаже  приборов в корпусе проволочными выводами остается термокомпрессия.

При термокомпрессии круглых  проводников с металлическими пленками существует область оптимальных  параметров режима (температура и  усилие сжатия), в которой обеспечивается максимальная прочность сварных  соединений. Величина этой области зависит от сочетания свариваемых материалов и типа рабочего инструмента.

 

 

 

 

 

7. Заключение

В настоящее время электроника  нашла применение во всех сферах человеческой деятельности. Она является наиболее универсальной отраслью промышленности, поэтому электронную технику называют катализатором научно-технического прогресса.

Изделия электронной техники  насчитывают многие тысячи различных  по своим параметрам приборов и устройств: электровакуумные приборы (ЭВП) различных  типов, дискретные полупроводниковые  приборы, интегральные микросхемы, резисторы, установки с вакуумной, газовой  средой и агрессивными средами и т.д. Работоспособность практически всех изделий в значительной степени определяется качеством соединений деталей и узлов. Удельный вес операций с использованием сварки составляет довольно значительные величины от общей трудоемкости изготовления различных типов приборов: ПУЛ (пульт управления локальный) — 46-48%, СВЧ приборов — 18-20%, дискретных полупроводниковых приборов и интегральных микросхем — 20—75%, велика доля сварочных операций и при изготовлении различного оборудования.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

8. Литература

1. Сварка в машиностроении. Справочник в 4-х томах. Ред.кол.: Г.А.Николаев и др. - М.: Машиностроение, 1978
2. Бодъянов Б.Н., Давыдов В.Н. Сварочные процессы в электронной технике. — М.: Высшая школа, 1988
3. Николаев Г.А.., Ольшанский Н.А. Специальные методы сварки. М., «Машиностроение», 1975