123



Stránky připravuje:

Ing. Jaromír Lukášek, CSc.
lukasek@welding.cz

Aktualizováno: 10/05/2007

01_2-16 Spojování v mikrotechnice

Pro konstrukční prvky ve výkonové elektronice s bondovanými dráty tlustými nad 33 mikrometrů je bondování hospodárné. Současné požadavky pro skříně s 256 až 400 přípoji vynucují bondování i tenkých měděných drátů. Hlavními problémy jsou přitom oxidace a malý procesní prostor. Nahrazení zlata mědí by bylo žádoucí z důvodů elektrické vodivosti a lepšího odvodu tepla. Také bondování na měděné fólie není vlivem rychlé oxidace žádné vhodné řešení pro velké série. Lepším řešením je patentovaný postup "Oxide Prevention Process" (OP2) firmy Kulicke et Soffa, který umožňuje bondování zlatého drátu na měděné bondované plochy. Při procesu OP2 se lupínky na fólii očistí, odstraní se z nich oxid mědi a nanese se na ně ochranná vrstva. Potom následuje drátové bondování zlatého povlaku na měděné připojovací plochy. K tomu použitá ultrazvuková energie prolomí ochrannou vrstvu a zajistí svaření s mědí. Pomocí OP2-Gold60 mohou být bondovány měděné přípojky v rastru od 60 mikrometrů. Bondování jemných měděných drátů na měděné podložky je ve zkouškách a očekává se jeho zavedení v r. 2003.

Byla publikována nová spojovací technika s možností použití v oblasti balicí techniky a soklové techniky pro polovodiče. Technika NCS (nanopierce connection systém) spočívá na částicích ve tvaru pyramidy, které se povléknou elektricky vodivým materiálem. Tyto částice se svou plochou stranou umístí na substrát. Vlivem malého nárůstu tlaku na spodní straně částic vzniká na špičce částic zvýšení tlaku, které je úměrné poměru ploch. Špička částice tlačí opakovaně na přetvarovávaný materiál. Tím vznikne elektrické spojení. Jako částice se používá diamantový prach, který se povlékne niklem a má velikost od 425 mikrometrů.

Při bondování integrovaných obvodů na křemíkových substrátech může být dosažena dobrá kvalita pomocí argon-iontového-ozařování bondovaných ploch. Ozařování nemělo žádný vliv na elektrické vlastnosti. Přesto že se v bondované vrstvě vyskytují chybná místa, je tepelná vodivost na hodnotě základního materiálu. Spoje mohou být zhotoveny i při nízkých teplotách a tlacích.

Montáž mikrosystémových komponentů do hybridního mikrosystému se může ve většině případů uskutečnit pomocí TLP-bondů. K tomu musí vzniknout vícevrstvý systém sestávající jednak z vysoko tavitelné složky jako je měď nebo zinek a jednak z nízko tavitelné složky jako je cín nebo indium. Aplikace TLP-pájecího systému se může uskutečnit pomocí "Magnetron-sputter-ion-plating-PVD-způsobu" při přizpůsobení teploty substrátu. Použití specifické teploty substrátu umožňuje dosáhnout jemnozrnné a homogenní aplikace TLP-jednotlivých vrstev. Temperování substrátu se může uskutečnit - vedle temperování elektrickým odporovým topením - také střídáním ochlazování a leptání. Teplota substrátu však nesmí dosáhnout hodnotu charakteristickou pro určitý prvek, aby se zbránilo vzniku intermetalických fází v aplikačním procesu.

Při použití laserového záření je možno realizovat různé mikrotechnologie pro kovové mikrosystémy. Přesnost výroby leží v současnosti na 10 mikrometrech. Pro mikrozpracování se hodí z důvodů lepší fokusace především lasery s krátkovlnným zářením (Nd:YAG- a Excimer-lasery). U Nd:YAG-laserů se přivádí záření na místo použití pomocí zrcadla nebo světelných vláken. Vysoká kvalita paprsku požadovaná pro docílení co nejmenšího fokusačního průměru se dosahuje použitím laserového rezonátoru. Co nejlepší přiblížení k teoreticky dosažitelnému nejmenšímu fokusačnímu průměru se dosáhne pomocí vícečočkového fokusačního systému v kombinaci s teleskopem. Pro mikrozpracování systému se používá CNC-řízení. Byly předvedeny některé příklady laserového mikrozpracování s Nd:YAG-laserem:

  • Pružiny elektrických kontaktů s řeznou spárou 10 mikrometrů.
  • Vysokorychlostní performační vrtání na velkoplošných fóliích z ušlechtilých ocelí (průměr 100 mikrometrů).
  • Mikropopisování.
  • Strojní svařování fólií z ušlechtilých ocelí (šířka svaru ca 70 mikrometrů).
  • Laserové mikroohýbání.

    Pro opatřování kontakty elektronických stavebních prvků bylo jako nový vývoj předvedeno simultánní laserové pájení. Jedná se o selektivní pájecí postup pro drátové elektronické prvky, při kterém jsou všechna připojovací místa laserem ozářena současně. Systémovým technickým předpokladem pro simultánní laserové pájení jsou komponenty pro formování paprsku, které umožní, aby se laserový paprsek rozdělil rovnoměrně na všechny přípojky. To se může uskutečnit např. pomocí světelných vodičů, které se rozloží kolem stěn stavebního prvku. Tato varianta se právě průmyslově připravuje s pevnými světelnými vlákny stejné délky. Dalším vývojovým stupněm této metody je vytvoření světelných bodů, které odpovídají geometrii a rastru pájených prvků. Každý světelný bod "trefí" přesně jeden přípoj prvku, takže celkový absorbovaný výkon laseru se využije k ohřevu spojovaných prvků. Kromě toho nevznikne žádné ozáření substrátu, jaké nastává při světelných liniích.

  • Zpět na Vývojové tendence



    logo welding.cz