Изготовление шариков припоя и размещение их на кристалле

Для изготовления шариков припоя диаметром 0,025-0,2 мм используется установка, которая содержит нагреватель, резервуар с жидким припоем, эжекторную камеру, эжектор с соплом, электронную схему управления эжектором, обеспечивающим выдачу сигналов с частотой 2-100 кГц. Для предохранения припоя от окисления в установке используется инертный рабочий газ. При работе на частоте 15 кГц и скорости газа 3,5 м/с получаются шарики припоя диаметром 0,08-0,1 мм, следующие один за другим с небольшим интервалом.

Для формирования на кристалле более 600 контактных выступов с использованием шариков из припоя диаметром 0,4 мм, а также свыше 500 контактных выступов из шариков диаметром 0,25 мм используется специальная автоматическая установка.

Формирование на контактных площадках кристалла припойных выступов, имеющих однородность по высоте, при невысокой стоимости и хорошей производительности осуществляется на специальной установке. Установка включает в себя держатель кристаллов, устройство нанесения на их площадки флюса, резервуар с шариками припоя диаметром 0,125 мм. На перемещающемся вертикально и вращающемся рычаге закреплен вакуумный захват, рабочая поверхность которого имеет набор отверстий для удерживания шариков припоя. Расположение отверстий точно соответствует расположению контактных площадок на кристалле. Перенос шариков на кристалл осуществляется захватом из резервуара. При нагреве кристаллов до температуры плавления шариков припоя образуются припойные выступы.

Размещение и крепление на контактных площадках керамической подложки шариков из припоя осуществляется следующим способом: вначале шарики устанавливают в лунках прецизионно обработанной графитовой пластины с помощью вакуума, подаваемого к лункам через сквозные отверстия; затем, используя маску из стальной фольги, на шарики сверху наносится паста из того же состава припоя; после этого производится совмещение пластины с подложкой с помощью юстировочной платы. Удалив плату, подложка и пластина поступают в печь для пайки при заданной температуре. При этом припойная паста при расплавлении корректирует положение шариков относительно контактных площадок.

Захват и прецизионное размещение шариков припоя на контактных площадках подложки или кристалла ППИ осуществляется при помощи специального устройства. Устройство содержит рабочий столик, на котором располагается кассета с шариками, перемещающуюся вертикально монтажную головку, имеющую набор инструментов в виде вертикально смонтированных трубочек наружным диаметром 0,875 мм и внутренним диаметром 0,3 мм. Трубочки служат для захвата шариков припоя диаметром 0,76 мм с помощью вакуума.

Перенос токопроводящих шариков припоя на контактные площадки кристалла может осуществляться с помощью переводной пластины из кремния. Пластина имеет углубления трапециевидной в сечении формы, по расположению точно соответствующими позициями площадок на Si-пластине со структурами ППИ. После оксидирования поверхности переводной пластины в ее полости укладываются шарики припоя, а затем на нее сверху кладется пластина с ППИ, площадки которых имеют золоченную поверхность с подслоями Сu и Cr. При нагреве сборки и расплавления припоя шарики переходят на контактные площадки ППИ в форме припойных выступов. Высокая точность переноса шариков припоя достигается применением одинакового материала пластин (Si), не приводящего к рассовмещению площадок и полостей при их совместном нагреве.

Монтаж шарика припоя на контактную площадку кристалла ИС подложки осуществляется с помощью специального инструмента в виде цилиндрического стержня со скошенной на угол 45° нижней частью. Инструмент изготовлен из W или Ti, WC, Al₂O₃. На плоском рабочем торце инструмента имеется выемка, размеры которой определяют объем захватываемого припоя. Вдоль оси инструмента может быть капилляр для подвода энергии с целью подогрева шарика припоя. Инструмент также используется при реставрации ППИ и многокристальных модулей.

Для формирования шариковых контактов на подложке, используемой для обращенного монтажа нескольких кристаллов ППИ, используется специальная пластина из несмачиваемого припоем материала, например алюминия, содержащая матрицу полусферических углублений, расположенных соответственно контактным площадкам на подложке. В углублениях пластины размещают шарики из припоя. Затем подложка накладывается на пластину с высокой точностью совмещения ее контактных площадок с шариками, которые присоединяются к ним термокомпрессионной сваркой или пайкой.

Известен планаризации шариковых припойных выводов, расположенных на установочной поверхности безвыводного матричного корпуса ИС. Выравнивание проводится пластиной с нагревателем, имеющую тщательно обработанную и несмачиваемую припоем поверхность. Подбором величины давления, времени и температуры обеспечивается размягчение припойных шариков и их выравнивание по высоте в процессе прижатия ИС к подложке.

Для повышения надежности бескорпусной ИС и уменьшения стоимости ее изготовления рекомендуется формировать шарики припоя не на кристалле, а на плате. Последовательность технологических операций заключается в следующем: нанесение на плату металлизации и получение контактных площадок; формирование маски из слоя фоторезиста; напыление барьерного слоя металла; нанесение припойной пасты способом трафаретной печати; удаление фоторезиста и оплавление пасты с образованием одинаковых по высоте шариков припоя.