Перейти на початок

Сегодня мы рассмотрим завершающие стадии производства микросхем

 Соеденяем элементы

Какая бы то не была технология, но без правильного и надежного соединения отдельных элементов в единую схему наши старания так и останутся в области фантастикиJ.

Метализация – это процес получения на поверхности кристалла определеной конфигурации проводящих дорожек и контактных площадок. Первые служат для соеденения между собой разлицных областей (элементов) кристалла в единую электрическую схему. Контактные площадки служат для соеденения крислалла с выводами корпуса и контроля электрических параметров перед сборкой.

В качестве основного (широко используемого) материала металлизации используют алюминий (реже медь и другие драгоценные металлы, например золото, серебро или платина). Алюминий выбрали не зря: он имеет не очень высокую температуру плавления (~700°C), хорошую электро- и теплопроводность, устойчивый к коррозии, а главное самый дешевый.

Металлизация бывает однослойная и многослойная. В первом случае, метал располагается в один слой (в одной плоскости), при этом токоведущие дорожки не могут пересекаться. Это накладывает весьма существенное ограничение на конфигурацию дорожек. Выходом из сложившейся ситуации стала многослойная металлизация, в которой дорожки располагаются в разных, плоскостях (рис 1), это позволяет в значительной степени упростить конфигурацию дорожек. Топология однослойной металлизации была приведена в (МК №1-2(224-225) стр. 20, рис 1) - рис 4*.

рис 1	рис 4*

И вот с этого мгновения микросхема может работать. Но не стоит спешить, как вы помните, на одной подложке размещаются тысячи кристаллов  (микросхем), и их сначала нужно разделить. 

Резка на кристаллы

Это довольно сложный этап, здесь необходимо разрезать подложку на отдельные кристаллы по очень узкой границе и при этом не повредить ни один из них.

Для резки подложек используют алмазные диски с внешней режущей кромкой, если необходима невысокая точность, либо алмазный резец. На последнем остановимся подробней. Алмазным резцом подложки не режут, а лишь наносят углубления (царапиныJ), после чего, зажав подложку между двумя резиновыми валками, ее ломают (трещины возникают как раз по углублениям).

Для большей автоматизации, перед тем как подложку разделяют на кристаллы, ее сначала наклеивают на прочную и эластичную основу. После разделения, эту самую основу натягивают и между кристаллами возникают зазоры, которые упрощают захват кристалла на последующих операциях. Так как на основе все кристаллы находятся в таком же положении, как и на подложке, то пропадает необходимость в дополнительной ориентации кристаллов после разделения (можно не беспокоится, что кристалл будет по ошибке признан негодным, либо установлен вверх ногами в корпусеJ)

Далее следует этап проверки кристаллов на наличие дефектов. 

Контроль качества

Какая бы то не была совершенная технология производства, но всегда существует такое понятия как бракованные кристаллы. Виной брака (я имею ввиду чисто техническое понятиеJ) может быть как дефект в строении кристаллической решетки или пылинка, попавшая на подложку во время литографии так и повреждение кристалла во время последующих операций (чаще всего при транспортировке).

Одни дефекты выводят микросхему из строя полностью (явные дефекты), а другие могут проявляться только в определенном состоянии (скрытые дефекты, вспомните например разгон процессоров).

Дефектов море, и поэтому главное вовремя обнаружить и устранить причину. Вот тут и возникают проблемы – а как собственно их выявить?

Довольно хороших результатов можно достичь, сравнивая “фотографию” поверхности кристалла с оригиналом, на разных этапах изготовления. Этот метод простой и дешевый, но не дает информации о дефектах внутри кристалла.

Посмотреть на “внутренности” можно с помощью рентгена, но сами знаете во-первых дорогая установка, в во-вторых… и своей радиации хватаетJ.

Особо ответственные (читай дорогие) микросхемы проверяют с помощью технологии “зондовый контроль”. Основу этой технологии составляют зонды (очень тонкие и прочные иголки), которые прижимаются к контактным площадкам на поверхности кристалла, обеспечивая надежный электрический контакт. На кристалл подается испытательный сигнал, и проверяется его реакция. Самой большой проблемой этого метода является установка зондов точно в центр нужной контактной площадки (а ее площадь меньше 1 мм²), а также очень низкая производительность (штук в час).

Бракованные кристаллы, как правило, отправляются на переработку (туда, где очищенный оксид кремния), а вот рабочие (читай – со скрытыми дефектамиJ) отправляются в сборочный цех. 

Долгожданная сборка

Это самый трудоемкий процесс (читай дорогостоящий), который плохо поддается автоматизации и кроме того имеет низкую производительность (каждый кристалл обрабатывается по отдельности).

Кристаллы надежно закрепляются в корпусе, чаще всего с помощью теплопроводящего клея или эвтектического сплава. Выводы корпуса с контактными площадками на поверхности кристалла соединяют с помощью очень тоненьких (в диаметре меньше 0,1 мм) эластичными проводниками из алюминия меди или золота (последний материал предпочтительней). Соединения выполняют с помощью ультразвуковой сварки (если один (или оба) материала алюминий) или пайки (обычно золото).

рис. 2

Перед герметизацией ответственные микросхемы опять проверяют, и после чего корпус герметизируют (навсегда!).

рис. 3

Корпус выполняет немаловажную роль в защите кристалла. Он должен защищать его от механических, химических и тепловых повреждений. То есть, корпус должен быть прочным, герметичным и иметь хороший теплоотвод от кристалла. По мере защищенности различают 3 основных вида корпусов: полимерный (дешевый, малая механическая прочность и очень низкая теплопроводность и герметичность рис 2), металло-стеклянный рис 3 и металло-керамический рис 4 (дорогой, но имеет высокую прочность теплопроводность и герметичность). Какой из них выбрать – решает конструктор, исходя из ответственности и стоимости микросхемы.

рис. 4

Еще корпуса делятся по виду монтажа – поверхностному (SMD – рис 5) или печатному (рис 6).

рис. 5

Для правильной установки микросхемы в изделие, вывод №1 микросхемы  каким либо образом выделяют, например, наносят метку (точку возле первого вывода, углубление на боковой части корпуса со стороны первого вывода - рис.6), делают вывод немного другого профиля, либо конфигурация выводов не позволяет по-другому впаять или вставить. Отсчет выводов ведется против часовой стрелки.

рис. 6

По окончании всех операций на корпус наносят маркировку, для дальнейшей идентификации при установке в прибор.

На этом месте я хочу закончить свой очень длинный рассказ (для кого сказкуJ) о технологии производства интегральных микросхем по полупроводниковой технологии, и пожелать вам холодных полупроводников (опять же в разумных пределахJ).

Автор выражает огромную благодарность преподавателю КТЭПа Супруненко Светлане Максимовне за переданые знания в области микроэлектроники! 

Читати далі

Использование материала без разрешения автора ЗАПРЕЩЕННО!