Домашнее задание №1

^{ДОМАШНЕЕ ЗАДАНИЕ №1}

по учебной дисциплинам

«ПНТО» и «ПОЭТ»

(выдача – 2 неделя, срок сдачи – 4 неделя)

Задание:

сформулировать, обосновать и защитить техническое предложение на разработку технологического объекта, предназначенного для оснащения предприятия по выпуску изделий наноинженерии.

10

Установка кассетирования кристаллов

Вариант технологического объекта – __________ см. таблицу исходных данных.

(№ варианта)

Наименование объекта ________________________________________________________

___________________________________________________

(наименование технического объекта)

На защиту следует представить:

- пояснительную записку, выполненную по ГОСТ 7.32-2001 (см на сайте vsegost.com),

- презентацию на 3-5 слайдов.

Пояснительная записка:

а) содержание представляемой информации:

• назначение объекта;

• условия эксплуатации;

• выполняемые действия (операции);

• используемые механизмы, устройства и их взаимодействие;

• показатели качества (точность обеспечения требуемых технологических параметров: позиционирование, ритмичность работы, состав и давление рабочей среды, грузоподъёмность, развиваемое усилие, скорость и т.д. и т.п.);

• рекомендации по проектированию нового объекта или его модернизацию;

• обоснование, в том числе с помощью расчётов, предложенных технических решений;

б) структура (в соответствии с ГОСТ 7.32-2001):

• титульный лист (см сайт МГТУ им.Баумана, бланки РПЗ);

• титульный лист по ГОСТ 2.104-2006;

• задание;

• реферат;

• содержание;

• введение;

• основная часть (разделы ДЗ);

• заключение;

список использованных источников (использовать рекомендации, помещённые в http://technomag.bmstu.ru/mdocs/list.html)

Презентация:

представляется в виде файла, выполненного в формате PowerPoint, содержащем информацию и иллюстративный материал, способствующий наилучшему представлению и защите выполненного домашнего задания.

Реферат

Отчет 14 с., 8 рис., 5 источников.

Установка кассетирования кристаллов

Объектом изучения является установка кассетирования кристаллов..

Цель работы – на основе анализа действующей установки предложить модернизированный вариант.

В процессе выполнения задания проводился анализ технических решений, рассматривались варианты модернизированной установки.

Содержание

Введение ………………………………………………………………………………………4

1 Автомат укладки кристаллов СБИС ЭМ-4138….……………………………………..…..5

2. Монтаж с использованием эвтектических сплавов….………………………………...…6

3. Монтаж с использованием клеев и компаундов….…………………………………..…..7

4. Виды выводов………………………………….….……………………………………..…..9

5. Монтаж кристаллов в корпус………………..….……………………………………..…..12

6. Схема процесса……………………………….….…………………………….………..…..13

7. Достоинства…………………………………….….……………………………………..…..13

Список использованных источников информации ………………………………………..14

Введение

В производстве изделий наноинженерии не обойтись без кассетирования кристаллов. Так как это весьма сложный процесс, для этого необходима сложная установка. Основной целью данной установки является автоматический контроль, съем и укладка с полупроводниковых пластин годных кристаллов в кассеты.

В ходе выполнения ДЗ-1 были:

• - выявлены технологические движения, необходимые для выполнения процесса кассетирования кристаллов;

• - рассмотрены функции механизмов;

• - предложены и проанализированы схемы возможных вариантов исполнения этих механизмов;

1. Автомат укладки кристаллов СБИС ЭМ-4138

Установка контроля и кассетирования кристаллов ЭМ-4138 предназначена для автоматического контроля, съема и укладки с полупроводниковых пластин годных кристаллов в кассеты.

Определение годных кристаллов осуществляется с помощью высокоскоростной и высокоточной системы технического зрения.

Для систем ориентации пластины, механизмов подкола, съема и переноса кристаллов в кассету применены высокоскоростные приводы с обратной связью.

Установка имеет систему диагностики основных электронных и механических узлов.

Установка ЭМ-4138 распознает маркировочные пятна после зондового контроля а также есть распознавание дефектов на поверхности кристалла: сколов, царапин и трещин размером не менее 75 мкм. Размер дефекта вычисляется как корень квадратный из площади, закрываемой этим дефектом.

Также установка позволяет производить выборку кристаллов по электронной карте годности выдаваемой установкой зондового контроля.

Технические характеристики Производительность (кинематическая)	6000 кристаллов/ч
Диаметр обрабатываемой пластины	до 200 мм
Размер кристаллов	от 0.8×0.8 до 15×15 мм
Количество инструментов укладки	1
Количество одновременно заполняемых кассет	8
Размер кассеты	2×2″
Электропитание и потребляемая мощность	230 В, 50 Гц, 1 кВт
Габаритные размеры	1120×850×1750 мм
Масса	400 кг

1. Монтаж с использованием эвтектических сплавов

В отличие от контактно-реактивной пайки эвтектический сплав образуется не в результате контактного плавления соединяемых материалов, а вводится в качестве припоя между соединяемыми поверхностями кристалла и корпуса.

Пайкой эвтектическими сплавами присоединяют полупроводниковые кристаллы к корпусам. Золочение контактирующих поверхностей каких-либо ощутимых результатов не дает. В качестве эвтектических используют сплавы золото - германий или золото -- кремний, диаграммы состояния, которых показаны на рисунке 1, а, б.

Рисунок 1. Диаграммы состояния сплавов;

a - золото-германий, б - золото-кремний

Подготовленные к пайке детали нагревают в нейтральной атмосфере (осушенном и очищенном азоте) до температуры, несколько превышающей температуру плавления эвтектического сплава. Эвтектические сплавы золото -- германий и золото -- кремний содержат (по массе): первый 12 % германия и 88 % золота, а второй - 6 % кремния и 94 % золота. Температура плавления эвтектик золото - германий и золото - кремний, соответственно равная 356 и 370 °С, ниже температуры плавления каждого из этих материалов. Эвтектические сплавы являются смесью, а не химическим соединением.

Использование для пайки эвтектического сплава золото - кремний дает хорошие результаты, но сложность приготовления ограничивает его применение. Кроме того, при изготовлении происходит расслоение сплава золото -- кремний. Поэтому чаще применяют эвтектический сплав золото -- германий ЗлГр12, примерный режим пайки которым на специальной установке приведен ниже.

Температура поверхности столика, ^ОС……………………….410 + 10

усилие на инструменте, Н……………………………………..0,6 - 0,7

Амплитуда колебаний инструмента, мм 0,08

Время пайки, с 7

При климатических (на термоциклирование) и механических (на вибропрочность и многократные удары) испытаниях выполненные таким образом паяные соединения кристаллов с корпусом не разрушаются.

По сравнению с контактно-реактивной пайка эвтектическими сплавами обладает рядом достоинств. Так как эвтектические сплавы имеют невысокую температуру плавления, хорошие жидкотекучесть и способность смачивания, а также незначительное время нагрева до температуры пайки, в паяном соединении не создаются большие остаточные напряжения, образующиеся вследствие разницы ТКЛР соединяемых материалов. Введение эвтектического сплава между соединяемыми поверхностями способствует сглаживанию на них шероховатостей и неровностей.

Нерастекшийся припой свидетельствует о плохой смачиваемости им золоченой поверхности корпуса и кристалла или о недостаточно высокой температуре пайки. Это является одной из причин низкой прочности паяного соединения. Появление трещин и сколов на кристаллах связано с большим усилием, прикладываемым к рабочему инструменту, или слишком резким подъемом температуры пайки по сравнению с оптимальной.

Пайка кристаллов к контактным площадкам корпусов эвтектическим сплавом состоит из следующих операций: захвата прокладки 1 из эвтектического сплава, ее переноса и укладки на место пайки (Рисунок 1, а, б); захвата кристалла б, переноса и присоединения его к корпусу 3 (Рисунок 1, в, г). Захват, перенос и удержание прокладок и кристаллов выполняются специальным инструментом -- вакуумным пинцетом 2. При этом усилие захвата и удержания прокладки (кристалла) создается вследствие перепада давлений.

Рисунок 1. Пайка кристалла к контактной площадке корпуса эвтектическим сплавом:

а, б - захват и укладка прокладки, в, г - захват и укладка кристалла на прокладку и их пайка; 1 - прокладки, 2 -инструмент (вакуумный пинцет), 3 -корпус, 4 - нагреватель, 5 - устройство прижима корпуса к нагревателю, б -кристаллы

1. Монтаж с использованием клеев и компаундов

Монтаж кристаллов приклеиванием обычно применяют при изготовлении полупроводниковых приборов и ИМС общего назначения, так как он довольно прост, экономичен, не требует сложного технологического оборудования и позволяет получать соединения из различных материалов, обладающие заданными характеристиками.

В качестве клеев широко используют пластмассы - эпоксидные смолы, которые обеспечивают достаточную механическую прочность и надежность соединений и имеют низкую температуру отверждения, что исключает ухудшение параметров полупроводниковых приборов и ИМС вследствие перегрева кристаллов.

В зависимости от свойств пластмассы подразделяют на диэлектрические, теплопроводящие и оптические. Пластмассы без наполнителей являются диэлектриками. Если добавить в пластмассу серебряный порошок в количестве от 60 до 80 % по массе, она становится электропроводной и одновременно значительно возрастает ее теплопроводность, так как серебро является отличным проводником электрического тока и теплоты.

Для" монтажа кристаллов оптоэлектронных приборов (фотодиодов, фототранзисторов, цифровых индикаторов и др.) требуются пластмассы, не содержащие наполнителей, обладающие высокой прозрачностью в диапазоне длин волн 300--700 нм, не изменяющейся в течение длительного времени эксплуатации, малой вязкостью (400-3000 сП) и отверждающиеся при 90-- 125 °С в течение 4-24 ч.

При монтаже кристаллов клей наносят либо на их обратную сторону, либо на корпус автоматически небольшими каплями или штемпелем. Иногда применяют таблетки из пластмассы.

Приведем для примера несколько марок клеев, используемых при монтаже кристаллов в корпуса. Так, клеиУП-5-201 и УП-5-201Э созданы на основе эпоксидной смолы, модифицированы циклоалифатическими соединениями и соответственно являются токопроводящими и изолирующими. Клей ЭЧЭ-С изготавливается из эпоксидной смолы с серебряным наполнителем и является токопроводящим. Клей УП-5-207М аналогичен по составу клею УП-5-201Э и предназначен для соединения позо-лоченных контактных площадок корпусов и кристаллов.

Токопроводящие клеи отверждаются при 120 ^ОС в течение 2 ч или при 170 ^ОС в течение 1 ч, а нетокопроводящие - при 120 и 150 ^ОС при ана-логичной выдержке.

Монтаж кристаллов пайкой стеклом применяют при массовом производстве маломощных однокристальных полупроводниковых приборов, в которых не требуется электрический контакт между нижней поверхностью кристалла и корпусом. Стекло в виде пасты обычно наносят методом трафаретной печати или напылением на место монтажа в корпуса,, размягчают нагревая и укладывают кристалл, охлаждая затем, корпус до комнатной температуры.

Корпус ИМС, в котором монтаж кристалла, присоединение выводов и герметизация выполнены стеклом, показан на рисунке 2, а. При этом трафаретной печатью или напылением на контактные площадки керамического основания 5 корпуса под выводы и кристалл, а также на крышку 1 наносят

Рисунок 2. Корпуса ИМС, в которых пайкой стеклом выполняется монтаж кристалла, присоединение выводов и- герметизация (д), изоляция проводящих слоев и герметизация (б), изоляция токоведущих дорожек и герметизация (в):

1. - крышка, 2 - стеклянный припой, 3 - рамка, 4 - вывод, 5 - основание, 6 - кристалл, 7 - слой металлизации

стеклянный припой 2, который оплавляют в печи, не допуская кристаллизации. Затем на нагретое до 450 °С керамическое основание 5 монтируют кристалл 6 и присоединяют выводы 4, вдавливая их в размягченное стекло. После этого герметизируют корпус, соединяя крышку с основанием, сжимая их и прогревая при температуре около 500 ^ОС в течение 5 мин. При повторном нагреве происходит кристаллизация стеклянного припоя, что повышает прочность спая.

В корпусе ИМС, показанном на рисунке 2, б, стеклянный припой 2 последовательно наносят трафаретной печатью на слои металлизации 7 для изоляции их друг от .друга. Герметизируют такие корпуса, соединяя стеклянным припоем 2 керамическое основание 5 корпуса с керамической крышкой 1.

В корпусе ИМС, показанном на рисунке 2, в, два слоя стеклян-ного припоя 2 служат для изоляции токоведущих дорожек. Гер-метизируют такие корпуса так же, как показанный на рисунке 2,6.