СПОСОБ ВИБРАЦИОННОЙ ПАЙКИ КРИСТАЛЛОВ БЕСКОРПУСНЫХ ТРАНЗИСТОРОВ
METHOD FOR VIBRATION SOLDERING OF PACKAGELESS TRANSISTOR CHIPS

Изобретение относится к технологии монтажа кристаллов бескорпусных транзисторов.
Известен способ вибрационной пайки кристаллов транзисторов (Ланин В., Рубцевич И., Керенцев А. Программно-управляемый монтаж кристаллов силовых транзисторов вибрационной пайкой в защитной атмосфере // Технологии в электронной промышленллности, 2010, №5), взятый за прототип, заключающийся в проведении экспериментов по определению значений параметров технологического процесса и выбору этих значений, соответствующих наиболее качественному присоединению кристаллов с минимальным количеством пор, пустот и непропаев.
Недостатком известного способа вибрационной пайки является низкая точность оценки частоты вибрации инструмента, минимизирующей процент пустот в присоединительном слое под кристаллом, в условиях реально возможного числа экспериментов по определению процента пустот в функции от частот вибрации инструмента.
Наличие дефектов, в частности пустот, в присоединительном слое под кристаллом приводит к перегреву структуры и ухудшению электрических параметров транзисторов. Практика показывает, что для надежной работы транзисторов необходимо получение бездефектного соединения кристалла на площади не менее 80%.
Целью изобретения является повышение качества монтажа кристаллов бескорпусных транзисторов за счет уменьшения пустот в присоединительном слое в среднем на 5-10% от общего количества по сравнению с прототипом.
Проведенные исследования показывают высокую чувствительность, как правило, унимодальной функции процента пустот в соединении к вариации частоты вибрации инструмента.
Для достижения указанной цели предлагается способ вибрационной пайки кристаллов бескорпусных транзисторов, включающий выбор частоты вибрации инструмента из интервала значений, который задается путем проведения незначительного числа экспериментов.
Согласно изобретению измеряют, например с помощью установки рентгеновского контроля качества, процент пустот в присоединительном слое под бескорпусным кристаллом при частотах вибрации, соответствующих граничным точкам и середине интервала, и устанавливают частоту вибрации при пайке как частное, числитель которого определяют путем умножения значения частоты вибрации в середине интервала на сумму значений процента пустот в крайних точках интервала, из которой вычитают учетверенное значение процента пустот на средней частоте интервала, суммируют результат с произведениями значений процента пустот в начале интервала и в его конце, а также значениями частоты вибрации в начале интервала и в его конце, определяют знаменатель путем удвоения суммы значений процента пустот в начале и в конце интервала, из которой вычитают учетверенное значение процента пустот в середине интервала.
Сочетание отличительных признаков и свойств предлагаемого способа из литературы неизвестны, поэтому он соответствует критериям новизны и изобретательского уровня.
По предлагаемому способу выполняют следующую последовательность операций:
- измеряют процент пустот в присоединительном слое под бескорпусным кристаллом при частотах вибрации, соответствующих граничным точкам и середине интервала - 1;
- умножают значение частоты вибрации в середине интервала на сумму значений процента пустот в крайних точках интервала - 2;
- вычитают учетверенное значение процента пустот на средней частоте интервала из полученного результата - 3;
- суммируют результат с произведениями значений процента пустот в начале интервала и в его конце, а также значениями частоты вибрации в начале интервала и в его конце - 4;
- делят полученный результат на удвоенную сумму значений процента пустот в начале и в конце интервала, из которой вычитают учетверенное значение процента пустот в середине интервала - 5.
В заявленном способе для понижения процента пустот в присоединительном слое при вибрационной пайке кристаллов в интервале частот вибрации инструмента проводят три эксперимента по определению пустот в граничных точках и середине интервала и определяют пустоты с помощью установки рентгеновского контроля качества.
Затем вычисляют частоту ƒ вибрации инструмента, которую необходимо установить при монтаже, из соотношения:
<mrow><mi>ƒ</mi><mo>=</mo><mfrac><mrow><mfrac><mrow><mi>a</mi><mo>+</mo><mi>b</mi></mrow><mn>2</mn></mfrac><mrow><mo>(</mo><mrow><msub><mi>I</mi><mn>1</mn></msub><mo>−</mo><mn>4</mn><msub><mi>I</mi><mn>2</mn></msub><mo>+</mo><msub><mi>I</mi><mn>3</mn></msub></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>+</mo><msub><mi>I</mi><mn>1</mn></msub><mi>b</mi><mo>+</mo><msub><mi>I</mi><mn>3</mn></msub><mi>a</mi></mrow><mrow><mn>2</mn><mrow><mo>(</mo><mrow><msub><mi>I</mi><mn>1</mn></msub><mo>−</mo><mn>2</mn><msub><mi>I</mi><mn>2</mn></msub><mo>+</mo><msub><mi>I</mi><mn>3</mn></msub></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow></mfrac><mo>,</mo><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mrow><mo>(</mo><mn>1</mn><mo>)</mo></mrow></mrow>
a
<mrow><mfrac><mrow><mi>a</mi><mo>+</mo><mi>b</mi></mrow><mn>2</mn></mfrac></mrow>
где ,
, b - значения частоты вибрации инструмента в начале, середине и конце заданного интервала (Гц);
1
2
3
I, I, I, - значения процента пустот в присоединительном слое в начале, середине и конце интервала соответственно (%).
Обоснование данной формулы состоит в следующем. В предположении,
а
1
2
3
<mrow><mfrac><mrow><mi>a</mi><mo>+</mo><mi>b</mi></mrow><mn>2</mn></mfrac></mrow>
что координаты (, I), (
, I) и (b, I) принадлежат квадратичной параболе:
<mrow><mrow><mo>{</mo><mtable columnalign="left"><mtr><mtd><msub><mi>c</mi><mn>0</mn></msub><mo>+</mo><msub><mi>c</mi><mn>1</mn></msub><mi>a</mi><mo>+</mo><msub><mi>c</mi><mn>2</mn></msub><msup><mi>a</mi><mn>2</mn></msup><mo>−</mo><msub><mi>I</mi><mn>1</mn></msub><mo>=</mo><mn>0,</mn></mtd></mtr><mtr><mtd><msub><mi>c</mi><mn>0</mn></msub><mo>+</mo><msub><mi>c</mi><mn>1</mn></msub><mrow><mo>(</mo><mrow><mfrac><mrow><mi>a</mi><mo>+</mo><mi>b</mi></mrow><mn>2</mn></mfrac></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>+</mo><msub><mi>c</mi><mn>2</mn></msub><msup><mrow><mo>(</mo><mrow><mfrac><mrow><mi>a</mi><mo>+</mo><mi>b</mi></mrow><mn>2</mn></mfrac></mrow><mo>)</mo></mrow><mn>2</mn></msup><mo>−</mo><msub><mi>I</mi><mn>2</mn></msub><mo>=</mo><mn>0,</mn></mtd></mtr><mtr><mtd><msub><mi>c</mi><mn>0</mn></msub><mo>+</mo><msub><mi>c</mi><mn>1</mn></msub><mi>b</mi><mo>+</mo><msub><mi>c</mi><mn>2</mn></msub><msup><mi>b</mi><mn>2</mn></msup><mo>−</mo><msub><mi>I</mi><mn>3</mn></msub><mo>=</mo><mn>0,</mn></mtd></mtr></mtable></mrow></mrow>
0
1
2
решение данной системы уравнений относительно коэффициентов с, с и симеет вид:
<mrow><msub><mi>c</mi><mn>0</mn></msub><mo>=</mo><mfrac><mrow><msup><mi>a</mi><mn>2</mn></msup><msub><mi>I</mi><mn>3</mn></msub><mo>+</mo><mi>a</mi><mi>b</mi><mrow><mo>(</mo><mrow><msub><mi>I</mi><mn>1</mn></msub><mo>−</mo><mn>4</mn><msub><mi>I</mi><mn>2</mn></msub><mo>+</mo><msub><mi>I</mi><mn>3</mn></msub></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>+</mo><msub><mi>I</mi><mn>1</mn></msub><msup><mi>b</mi><mn>2</mn></msup></mrow><mrow><msup><mrow><mrow><mo>(</mo><mrow><mi>a</mi><mo>−</mo><mi>b</mi></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow><mn>2</mn></msup></mrow></mfrac><mo>,</mo><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mrow><mo>(</mo><mn>2</mn><mo>)</mo></mrow></mrow>
<mrow><msub><mi>c</mi><mn>1</mn></msub><mo>=</mo><mfrac><mrow><mi>a</mi><mrow><mo>(</mo><mrow><mo>−</mo><msub><mi>I</mi><mn>1</mn></msub><mo>+</mo><mn>4</mn><msub><mi>I</mi><mn>2</mn></msub><mo>−</mo><mn>3</mn><msub><mi>I</mi><mn>3</mn></msub></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>+</mo><mi>b</mi><mrow><mo>(</mo><mrow><mo>−</mo><mn>3</mn><msub><mi>I</mi><mn>1</mn></msub><mo>+</mo><mn>4</mn><msub><mi>I</mi><mn>2</mn></msub><mo>−</mo><msub><mi>I</mi><mn>3</mn></msub></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow><mrow><msup><mrow><mrow><mo>(</mo><mrow><mi>a</mi><mo>−</mo><mi>b</mi></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow><mn>2</mn></msup></mrow></mfrac><mo>,</mo><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mrow><mo>(</mo><mn>3</mn><mo>)</mo></mrow></mrow>
<mrow><msub><mi>c</mi><mn>2</mn></msub><mo>=</mo><mn>2</mn><mfrac><mrow><msub><mi>I</mi><mn>1</mn></msub><mo>−</mo><mn>2</mn><msub><mi>I</mi><mn>2</mn></msub><mo>+</mo><msub><mi>I</mi><mn>3</mn></msub></mrow><mrow><msup><mrow><mrow><mo>(</mo><mrow><mi>a</mi><mo>−</mo><mi>b</mi></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow><mn>2</mn></msup></mrow></mfrac><mo>.</mo><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mrow><mo>(</mo><mn>4</mn><mo>)</mo></mrow></mrow>
Для квадратичной параболы абсцисса экстремума:
<mrow><mi>ƒ</mi><mo>=</mo><mo>−</mo><mfrac><mrow><msub><mi>c</mi><mn>1</mn></msub></mrow><mrow><mn>2</mn><msub><mi>c</mi><mn>2</mn></msub></mrow></mfrac><mo>.</mo><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mrow><mo>(</mo><mn>5</mn><mo>)</mo></mrow></mrow>
После подстановки (3) и (4) в (5) и упрощающих преобразований получаем формулу (1).
Таким образом, положение экстремума функции, определяющей зависимость процента пустот в присоединительном слое под бескорпусным кристаллом от частоты вибрации инструмента, в общем случае не совпадает с первоначально определенными точками.
Данный способ реализуется с помощью установки монтажа бескорпусных кристаллов и установки рентгеновского контроля качества соединения с проведением незначительного числа экспериментов
Технический результат от заявленного способа заключается в стабильном повышении качества монтажа кристаллов бескорпусных транзисторов за счет снижения в среднем на 5-10% пустот в присоединительном слое от общего количества по сравнению с прототипом.