Пайка изделий микроэлектроники с использованием бессвинцовых сплавов

Пайка изделий микроэлектроники

с использованием бессвинцовых сплавов

В. В. Зенин, О. В. Марченко,

А. А. Стоянов, д-р тех. наук, профессор, нач. лаборатории

ОАО «НИИЭТ», г. Воронеж

В настоящее время пайке бессвинцовыми сплавами в производстве изделий микроэлектроники уделяют пристальное внимание специалисты, работающие в этой области. Это связано с Европейской директивой RoHS (Restriction of use of Certain Hazardous Substances) об ограничении использования свинца в производстве радиоэлектронной аппаратуры, действующей с 1 июля 2006 года.

Промышленность всего мира переживает очередной этап преобразований, связанных с ужесточением экологических стандартов - происходит всеобщий отказ от свинца. Эта тенденция станет общей для всех стран ЕС в 2015 г. Большинство ведущих корпораций ставят отказ от свинца в списки первоочередных задач. Существующая реальность на рынке импортных электронных компонентов и активная деятельность изготовителей компонентов по переходу на бессвинцовые технологии заставляют предприятия - производители принимать срочные меры по внедрению в производство данных технологий.

При разработке паяных конструкций, в т. ч. и изделий микроэлектроники и технологии их изготовления конструкторы и технологи должны принимать во внимание физико-механические свойства материалов и припоев на их основе, учитывать физико-химическую стабильность припоев и совместимость их с паяемыми покрытиями. К физико-механическим свойствам припоев относятся: температура плавления, пределы прочности на растяжение, срез, предел текучести, относительное удлинение (пластичность), модули упругости, температурный коэффициент линейного расширения, коэффициент теплопроводности, удельное электрическое сопротивление и др.

В качестве бессвинцовых припоев для пайки изделий микроэлектроники целесообразно использовать сплавы на основе олова с добавлением него Ag, Cu, Zn и других металлов. С точки зрения надежности выделяются сплавы Sn-Ag и Sn-Ag-Cu (95-96,6 Sn/2,5-4,1 Ag/0,9 Cu). Эти припои рекомендуются многими исследователями для первоочередного изучения и внедрения. Основной их недостаток: сравнительно высокая температура плавления (около 220 °С), негативно влияющая на сами полупроводниковые изделия (ППИ) и на плату.

Для пайки без свинца может использоваться сплав олова с висмутом с малым содержанием олова, который не дороже свинцового сплава, однако имеет низкую температуру плавления (138 °С). Для массового про-

изводства ППИ рекомендуется использовать припой 87,0-89,0 Sn/9,0-11,0 ВШ,8-1,2 Sn (вес. %) [1]. Для пайки кристаллов силовых полупроводниковых приборов в формир-газе (смесь газов Н2 и N2 в соотношении 15:85) данный припой обеспечивает площадь паяного шва более 95 % от площади кристалла.

Выбор оптимальных составов припоев и способов пайки зависит от покрытий кристаллов и оснований корпусов. Покрытия должны обеспечивать хорошую паяемость с полупроводниковыми кристаллами и свариваемость с внутренними выводами; сохранять способность к пайке и сварке при заданном сроке хранения; обеспечивать антикоррозионную защиту; не подвергаться иглообразованию при хранении и разрушении при температурах сборки, испытании и эксплуатации. Анализ покрытий паяемых поверхностей полупроводниковых кристаллов и оснований корпусов ППИ показал, что для пайки бессвинцовыми припоями целесообразно использовать следующие покрытия: никелевое, цинковое, сплавы никель-олово, цинк-олово, серебряное и др.

Анализ способов и технологии пайки бессвинцовыми сплавами показал, что наиболее перспективной является контактно-реактивная (капиллярная) пайка. Капиллярная пайка, при которой припой образуется в результате контактно-реактивного плавления соединяемых материалов, промежуточных покрытий, или прокладок с образованием эвтектики. Например, разработан способ контактно-реактивной пайки кристаллов к основаниям корпусов СПП с образованием эвтектики АЬ^п при температуре 382 °С, заключающийся в том, что на паяемые поверхности кристалла и основания корпуса наносят алюминиевую металлизацию, а между кристаллом и корпусом размещают фольгу припоя 20 7п/80 Sn (вес. %) [2].

Библиографический список

1. Патент № 2367551 RU, В23К 35/26, С22С 13/02. Бессвинцовый припой/ В. В. Зенин, Д. И. Бокарев, А. Н. Кастрюлев, А. С. Ткаченко, О. В. Хишко; заявл 29.10.2007; опубл. 10.05.2009; бюл. № 26.

2. Патент № 2375186 RU, Н01Ь 21/52. Способ бессвинцовой контактно-реактивной пайки полупроводникового кристалла к корпусу с образованием эвтектики А1-7п/ В. В. Зенин, А. В. Кочергин, Ю. Л. Фоменко, О. В. Хишко; заявл. 29.04.2008; опубл. 10.12.2009; бюл. № 34.