Термокомпрессионная сварка

Размещено на http://www.allbest.ru/

Термокомпрессионная сварка

1. Сущность термокомпрессионной сварки

Термокомпрессия (микросварка давлением с подогревом соединяемых деталей) - это способ соединения металлов с металлами и неметаллами давлением с подогревом при относительно невысоких удельных давлениях.

Термокомпрессионная сварка является наиболее широко применяемым способом монтажа полупроводниковых микроприборов и интегральных схем в разнообразных корпусах с проволочными проводниками (выводами). Один из соединяемых элементов (обычно вывод) при термокомпрессионной сварке должен обладать достаточно высокой пластичностью. Температура при термокомпрессии не превышает температуры эвтектики соединяемых материалов и обычно равна температуре отпуска или отжига более пластичного металла.

Разновидностью способа сварки давлением с подогревом является сварка давлением с косвенным импульсным подогревом (СКИН). В способе СКИН в отличие от термокомпрессии инструмент импульсно нагревается проходящим по нему током. Из-за кратковременности процесса нагрева металлический проводник в месте контакта может нагреваться до более высоких температур, чем при термокомпрессионной сварке.

Это дает возможность приваривать проводники из относительно малопластичных металлов к тонким пленкам на керамических подложках, когда не допустим общий нагрев свариваемых деталей.

Рис. 1. Схема сварки давлением с косвенным нагревом: 1 - рабочий столик; 2 - подложка или полупроводниковый кристалл; 3 - проводник; 4 - пуансон; 5 - головка для крепления инструмента и создания усилия сжатия; 6 - источник питания; 7 - реле времени.

1.1 Область применения термокомпрессионной сварки

В полупроводниковом производстве применяется для присоединения гибких проволочных проводников из золота, алюминия и меди к тонкопленочным площадкам, к металлизированной поверхности полупроводниковых кристаллов и выводам корпусов.

2. Классификация способов термокомпрессионной сварки

Разновидности термокомпрессионной сварки могут быть классифицированы по трем основным признакам:

1) по способу нагрева;

Подвод тепла в зону сварки осуществляют тремя способами:

а) нагрев только рабочего столика;

б) нагрев рабочего инструмента;

в) одновременный нагрев рабочего столика и инструмента.

Рис. 2. Разновидности термокомпрессии в зависимости от способа нагрева: а - нагрев только рабочего столика; б - нагрев рабочего инструмента; в - одновременный нагрев рабочего столика и инструмента; 1 - рабочий инструмент; 2 - присоединяемый проводник; 3 - подложка или кристалл полупроводникового прибора; 4 - рабочий столик; 5 - спираль для нагрева.

2) по способу выполнения соединения;

Применяют следующие способы выполнения соединения при термокомпрессионной сварке: внахлестку и встык.

Рис. 3. Виды термокомпрессионной сварки по способу выполнения соединения: а - нахлесточное; б - стыковое.

При сварке внахлестку проволочный вывод накладывают на металлизированную контактную площадку. Ось вывода располагают параллельно плоскости контактной площадки, а вывод подают под инструмент через специальную дюзу или непосредственно через рабочий инструмент.

При сварке встык конец проволочного вывода предварительно оплавляют. Диаметр образовавшегося шарика равен удвоенному диаметру предварительного вывода. Прочность сварных соединений, выполненных встык, значительно выше прочности сварных соединений внахлестку и равна при оптимальных параметрах режима процесса сварки прочности привариваемого вывода;

3) по типу образовавшегося соединения, обусловленного формой применяемого инструмента.

Конфигурация нахлесточного соединения зависит от формы торца рабочего инструмента.

Рис. 4. Основные типы термокомпрессионных соединений в зависимости от формы применяемого инструмента: а - соединение в виде плоской сварной точки (термокомпрессия клином); б - в виде шляпки гвоздя (термокомпрессия капилляром с образованием шарика); в - с ребром жесткости (термокомпрессия инструментом с канавкой); г - типа «рыбий глаз» (термокомпрессия инструментом с выступом)

3. Технология термокомпрессионной сварки

3.1 Подготовка поверхностей к сварке

Известны четыре основных вида возможных загрязнений свариваемых материалов:

1. Химически не связанные с поверхностью механические загрязнения (пыль и различные мелкие частицы).

2. Химически связанные с поверхностью загрязнения (оксидные, нитридные и другие пленки), образующиеся при химической и термической обработке свариваемых элементов при хранении.

3. Загрязнения в виде органических соединений (жировые пятна, остатки воска и т.п.).

4. Ионные загрязнения от предварительной химической обработки в щелочах, кислотах или солях, остатки флюса.

При термокомпрессионной сварке применяют четыре основных метода удаления загрязнения с поверхности:

1. Растворение (например, NaCl хорошо растворяется водой).

2. Эмульгирование (удаление жировой пленки с поверхности щелочью с образованием эмульсии).

3. Химическое воздействие, которое превращает загрязнения в растворимые продукты, которые затем могут быть удалены промывкой.

4. Механическое воздействие с целью удаления частиц загрязнений потоком жидкости или газа (например, удаление пылинок струей жидкости или в ванне с жидкостью при воздействии ультразвуковых колебаний).

3.2 Выбор параметров режима сварки

Основными параметрами режима при термокомпрессионной сварки являются усилие сжатия Р, температура нагрева соединяемых материалов или инструмента T и длительность выдержки t под давлением.

Величину усилия сжатия выбирают в зависимости от пластичности проводника, сочетания свариваемых материалов, диаметра привариваемого вывода и вида торца инструмента. При сварке алюминиевых проводников р=(4-8)10⁷Н/м², золотых проводников р=(10-14)10⁷Н/м².

Температура нагрева свариваемых материалов в контакте не должна превышать температуры образования эвтектики соединяемых материалов.

Длительность выдержки определяется экспериментально путем оценки прочности соединений и составляет от 0,1 до нескольких десятков секунд.

3.3 Оборудование, применяемое при термокомпрессионной сварке

Установка для термокомпрессионной сварки содержит следующие основные узлы и элементы: рабочий столик с нагревательной колонкой или без нее; механизм сжатия; рабочий инструмент; механизм подачи и обрезки проволоки; механизм подачи корпусов; манипуляторы для совмещения соединяемых элементов; систему наблюдения; блоки питания и управления рабочими механизмами. термокомпрессионный сварка микроприбор

Контрольные вопросы

1. Что такое термокомпрессия?

2. Назовите области применения термокомпрессионной сварки.

3. По каким признакам можно классифицировать процессы термокомпрессионной сварки?

4. Какие методы подготовки поверхностей применяется при термокомпрессионной сварке?

5. Какие параметры входят в режим термокомпрессионной сварки?

Литература

1. Хренов К.К. Сварка, резка и пайка металлов. М.: Машиностроение, 1973. 408 с.

2. Акулов А.И., Бельчук Г.А., Демянцевич В.Л. Технология и оборудование сварки плавлением. М.: Машиностроение, 1977. 366с.

3. Технология и оборудование контактной сварки. Под. ред. В.Д. Орлова, М.: Машиностроение, 1986. 325 с.

4. Справочник «Сварка в машиностроении». Том 2. Под ред. А.И. Акулова. Том 2. М.: Машиностроение, 1978. 462 с.

5. Ерохин. А.А. Основы сварки плавлением. М.: Машиностроение, 1973. 447 с.

6. Технология и оборудование сварки плавлением. Под ред. Г.Д. Никифорова, М.: Машиностроение, 1978. 327 с.

7. Гуляев А.И. Технология точечной и рельефной сварки сталей. М.: Машиностроение, 1978. 244с.

8. Лашко С.В., Лашко Н.Ф. Пайка металлов. М.: Машиностроение, 1988. 376 с.

Размещено на Allbest.ru