2020-04-12
214
При монтаже лепестковых выводов на кристалл от конструктивного исполнения и правильного выбора размеров в большой степени будет зависеть эксплуатационная надежность изделий.
При сварке лепесткового вывода к кристаллу БИС, одним из вариантов может быть схема, представленная на рис.7. В этом случае алюминиевый вывод закреплен на полиимидных рамках (внутренней и внешней частью относительно сварного соединения).
При такой конструкции имеются ограничения минимального размера " l ", который выбирается исходя из относительного допустимого удлинения материала вывода при растяжении (Dl).
Для выработки конструктивно-технологических ограничений на проектирование с целью уменьшения напряженно-деформированного состояния в сварном узле конструктивно целесообразно концы выводов носителя, присоединяемых к контактным площадкам кристалла закреплять, тем самым уменьшая возможность деформации выводов при эксплуатации модуля. В настоящей работе изучена возможность минимизации свободной от полиимида длины вывода из соображений обеспечения достаточной прочности сварного соединения. Это в данном конструктивном варианте определяется не только режимами сварки, но и геометрическими размерами вскрытого окна в полиимиде, определяющими допустимое минимальное расстояние между контактной площадкой кристалла и защитной рамкой гибкого носителя с учетом допустимой деформации вывода.
|
|
|
На участке между полиимидной рамкой и КП кристалла кремния длина вывода l увеличивается до 
, величина относительной деформации составит 
. С учетом уменьшения толщины алюминиевого вывода с 
до 
и величины толщины контактной площадки 
уравнение деформации в нашем случае можно записать:
. (1)
С учетом 
уравнение (1) преобразуем к виду
.
Из последнего уравнения определим минимальное расстояние l от защитной рамки до контактной площадки кристалла (до сварочного инструмента)
. (2)
Для упрощения решения и обеспечения запаса прочности алюминиевого вывода (~10…20%) величинами 
и 0,5 
можно пренебречь. Тогда выражение (2) примет вид:
. (3)
Выявлено что, приведенная зависимость (3) при использовании алюминия в лакофольговом материале ФДИ-АП1-50 по ЫУ0.037.042 ТУ, применяемом для изготовления плоских конструкций (относительное удлинение алюминия – 20 %) достаточно хорошо согласуется с экспериментальными результатами.
Проведенные расчеты показывают целесообразность уменьшения 
, что может достигаться рядом конструктивно-технологических приемов: как уменьшением толщины в исходном фольгированном материале, так и уменьшением за счет химического травления фрагмента полиимида над телом кристалла.
|
|
|
При монтаже лепестковых выводов, жестко закрепленных в полиимидной рамке, групповой импульсной пайкой на столбиковые выступы кристалла, расчетная формула выглядит так:
lЛ ³ (EЛ * bкр /2)*(aкр*DTкр)/((2*tСР*hСМ/sл)-EЛ*aЛ*DTЛ
где: EЛ, tСР, aЛ - модуль упругости, допустимое напряжение
среза, коэффициент линейного расширения материала вывода;
hСМ , sл - высота столбика и толщина вывода;
DTкр , DTЛ - температура нагрева кристалла и лепестка
bкр - размер кристалла.
Рис.8
1 - алюминиевый вывод; 2 - внутренняя полиимидная рамка;
3 - кристалл; 4 - наружная полиимидная рамка
Рассмотрим зависимость прочности сварного соединения от Æ сварного инструмента и расстояния от КП до защитного кольца.
На рис.9 приведены зависимости P=f(l) для случаев использования сварочных инструментов с рабочим торцом Æ100, 130 мкм. Согласно рисунку 9 при l=30 мкм (Æ100) прочность стабилизируется, однако, окончательная стабилизация прочности наступает при l=40-50 мкм, т.к. при l=30 мкм имеет место отрыв по месту сварки в 50% случаев, из-за напряженного состояния узла.
При размере торца сварочного инструмента Æ130 мкм при l=30 мкм еще сказывается эффект "подреза", и превышение средней прочности сварных соединений при l=60 мкм объясняется увеличением зоны взаимодействия.
