Яка б не була технологія, але без правильного та надійного з'єднання окремих елементів у єдину схему наші старання так і залишаться у мріях.
Металізація - це процес отримання на поверхні кристала певної конфігурації провідних доріжок і контактних площадок. Перші служать для поєднання між собою різних областей (елементів) кристала в єдину електричну схему. Контактні площадки служать для з'єднання крислалла з виводами корпусу та контролю електричних параметрів перед збиранням.
Частіше всього, в якості матеріалу металізації, використовують алюміній (рідше мідь та інші більш дорогоцінні метали, наприклад, золото, срібло або платина). Алюміній вибрали недаремно: він має не дуже високу температуру плавлення (~700°C, хорошу електро- і теплопровідність, стійкий до корозії, а головне найдешевший.
Металізація буває одношарова і багатошарова. У першому випадку метал розташовується в один шар (в одній площині), при цьому струмопровідні доріжки не можуть перетинатися. Це накладає дуже істотне обмеження на конфігурацію доріжок. Виходом із ситуації стала багатошарова металізація, в якій доріжки розташовуються в різних, площинах (рис 1), це дозволяє значною мірою спростити конфігурацію доріжок. Топологія одношарової металізації була наведена в попередній статті (Топологія мікросхеми, рис 4*).
І ось з цієї миті мікросхема може почати працювати. Але не варто поспішати, як ви пам'ятаєте, на одній підкладці розміщуються тисячі кристалів. (мікросхем) і їх спочатку потрібно розділити на окремі кусочки.
Це досить складний етап, тут необхідно розрізати крихку (як скло) підложку на окремі кристали по дуже вузьким межам між ними і при цьому не отримати сколи бічних поверхонь.
Для різання підложок використовують алмазні диски із зовнішньою ріжучою кромкою, якщо потрібна невисока точність, або алмазний різець. На останньому зупинимося докладніше. Алмазним різцем підкладки не ріжуть, а лише наносять поглиблення (подряпини), після чого, затиснувши підкладку між двома гумовими валками, її ламають (тріщини виникають саме за поглибленнями).
Для більшої автоматизації, перед тим як підложку поділяють на кристали, її спочатку наклеюють на міцну та еластичну основу. Після поділу, цю основу натягують і між кристалами виникають зазори, які спрощують захоплення кристала на наступних операціях. Так як на основі всі кристали знаходяться в такому ж положенні, як і на підложці, то зникає необхідність додаткової орієнтації кристалів після поділу.
Далі слідує етап перевірки кристалів на наявність дефектів (працездатність). Інколи кристали перевіряють на працездатність ще до розділення на окремі елементи, при цьому непридатні кристали помічаються спеціальною фарбою і відбраковуються на наступних етапах, після розділення.
Яка б не була досконала технологія виробництва, але завжди існує таке поняття як браковані кристали. Виною браку може бути як дефект у будові кристалічних ґрат або пилинка, що потрапила на підложку під час одного з великої кількості опреацій, так і пошкодження кристала під час термічних чи хімічних операцій.
Одні дефекти виводять мікросхему з ладу повністю (явні дефекти), а інші можуть проявлятися тільки в певному стані (приховані дефекти), наприклад, при певних граничних температурах чи електричних параметрах.
Дефектів велика кількість, і тому головне вчасно виявити та усунути причину. Ось тут і виникають проблеми. А як їх виявити?
Досить хороших результатів можна досягти, порівнюючи "фотографію" поверхні кристала з оригіналом, на різних етапах виготовлення. Цей метод простий і дешевий, але не дає інформації про дефекти всередині кристала (наприклад, глибина дифузії чи мікротріщина в об'ємі).
Заглянути в глибину кристала можна за допомогою рентгена, але це дуже сильно уповільнює процес і теж, не завжди дає однозначну відповідь в одній проекції.
Особливо відповідальні (дорогі) мікросхеми перевіряють за допомогою технології "зондовий контроль" на проміжних етапах. Основу цієї технології складають зонди (дуже тонкі та міцні голки), які притискаються до контактних площадок на поверхні кристала, забезпечуючи надійний електричний контакт. На кристал подається випробувальний сигнал і порівнюється його реакція з еталоном та межами допуску. Найбільшою проблемою цього методу є встановлення зондів в центр потрібних контактних площадок (а його площа менше 1 мм2), а також дуже низька продуктивність (штук за годину).
Браковані кристали, як правило, відправляються на переробку (туди, де очищений оксид кремнію), а ось ті, що пройшли контроль (читай - з прихованими дефектами і без) відправляються в складальний цех.
Це найбільш трудомісткий процес (і дорогий), який важко піддається автоматизації і має дуже низьку продуктивність (кожен кристал обробляється окремо).
Кристали надійно закріплюються в корпусі, найчастіше за допомогою теплопровідного клею або евтектичного сплаву. Виводи корпусу з контактними майданчиками на поверхні кристала з'єднують за допомогою дуже тоненьких (в діаметрі менше 0,1 мм) еластичних провідників з алюмінію міді або золота (останній матеріал кращий). З'єднання виконують, переважно, за допомогою ультразвукового зварювання або, інколи, паяння (зазвичай золото).
рис. 2
Перед герметизацією відповідальні мікросхеми знову перевіряють, і після чого корпус герметизують (вже назавжди).
рис. 3
Корпус виконує важливу роль у захисті кристала. Він повинен захищати його від механічних, хімічних, теплових ушкоджень та впливу агресивного навколишнього середовища (сонце, волога, пил). Тобто корпус повинен бути і міцним, і герметичним і мати хороше відведення тепла від кристала. По мірі захищеності розрізняють 3 основних види корпусів: полімерний (дешевий, мала механічна міцність і низька теплопровідність), метало-скляний і метало-керамічний (найдорожчий, але має високу міцність та теплопровідність). Який з них вибрати – вирішує конструктор, виходячи з відповідальності та вартості мікросхеми.
рис. 4
Ще корпуси діляться на вигляд монтажу – поверхневий (SMD – рис 5) або виводний (рис 6).
рис. 5
Для правильної установки мікросхеми у виріб, вивід №1 мікросхеми виділяють одним із способів. Наприклад, наносять мітку (точку біля першого виводу), Заглиблення на бічній частині корпусу з боку першого виводу - рис.6), фаска вхдовж ряду виводів, де знаходиться перший, роблять вивід трохи іншого профілю, або конфігурація виводів не дозволяє по-іншому вставити мікросхему. Відлік виводів ведеться проти годинникової стрілки.
рис . 6
По закінченні всіх операцій на корпус наносять маркування для подальшої ідентифікації при установці в прилад.
Автор висловлює величезну подяку викладачеві КТЕПу Супруненко Світлані Максимівні за передані знання в галузі мікроелектроніки!
Зміст
Опубліковано:
Оновленно: 23.11.2023
 |
Serhii K Home Page © 2003-2024 |  |