Способ ультразвуковой микросварки

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (ц 572350

Союз Советских

Социалистических

Ресаублик (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 07.07.75 (21) 2152166, 27 с присоединением заявки ¹ (23) Приоритет

Опубликовано 15.09.77. Бюллетень ¹ 34

Дата опубликования описания 12.09.77 (51) М. Кл. В 23К 19/04

Государственный комитет

Совета Министров СССР ло делам изобретений и открытий (53) УДК 621.791.16 (088.8) (72) Автор изобретения

В. М. Колешко

Физико-технический институт AH Белорусской ССР (71) Заявитель (54) СЛОСОБ УЛЬТРАЗВУКОВОЙ МИКРОСВАРКИ

Изобретение относится,к микросварке и пайке давлением проволочных или балочных выводов при сборке полупроводниковых приборов, интегральных и гибридных схем.

Известны способы микросварки давлением, например термокомпрессия, импульсная контактная сварка и ультразвуковая микросварка. При термокомпрессии соединяемые элементы нагревают до определенной температуры, затем статически нагружают инструментом, в результате чего происходит процесс пластической деформации, выдерживают определенное время для осуществления процесса взаимной диффузии контактируемых элементов и при достижении неразъемного соединения процесс прекращают. Однако в зоне контакта остаются окисные и адсорбированные пленки, которые ухудшают качество соединения и увеличивают переходное электросопротивление, что влияет на локальный разогрев при эксплуатации прибора. Поверхностные окисные и адсорбированные пленки препятствуют так же образованию соединения, поэтому необходимо увеличивать температуру, давление (степень деформации) и время сварки (1), Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ ультразвуковой микросварки, при котором ультразвуковые колебания передают на соединяемые детали без подогрева изделия (2).

Недостатком данного способа является недостаточная стабильность процесса, так как

5 адсорбпрованные и окисные пленки не полностью выносятся из зоны соединения, а также имеется возможность дополнительного окисления за счет проникновения кислорода и влаги в зону соединения.

Целью изобретения является повышение качества свариваемого соединения.

Для этого по предлагаемому способу перед сваркой осуществляют облучение свариваемых изделий ультрафиолетовыми лучами с

15 энергией фотонов больше энергии разрыва химических связей поверхностей свариваемых изделий, а в процессе сварки облучают энергией фотонов больше работы выхода электронов свариваемых изделий.

Способ осуществляют следующим образом.

Перед совмещением привариваемой проволоки с контактной площадкой включают ультрафиолетовое поле, например, с использованием лампы ДРШ-500 или ДРШ-1000. Осуществля25 ется процесс облучения соединяемых поверхностей, в результате которого происходят разрыв связей адсорбированных пленок с поверхностью подложки и интенсивное очищение. Таким образом создают одинаковые условия на

30 контактных поверхностях, в особенности прн

572350

Составитель Г. Галюз

Корректор Л. Денискина

Техред И. Михайлова

Редактор Л. Василькова

Изд. М 759 Тираж 1207

НПО Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4 5

Подписное

Заказ 1989/1

Типография, пр, Сапунова, 2 соорке больших интегральных схем, где количество контактных соединений превышает

50 штук. Например, для алюминия энергия фотонов hv)10 эВ позволяет разорвать химическую связь адсорбированных пленок с подложкой. Облучение пленок алюминия уменьшает толщину адсорбированной и окисной пленок до 5 — 8 Л и существенно уменьшает ее гетерогенность.

Затем энергию фотонов ультрафиолетового поля изменяют до величины, равной или несколько больше работы выхода электронов соединяемых элементов, например, для алюминия hv )5 эВ, и начинают осуществлять процесс микросварки, например, с использованием ультразвуковых колебаний. Все это способствует протеканию химических реакций с образованием высокопрочных соединений.

Результаты опробования предлагаемого способа следующие.

Микросварка и пайка кристаллов кремния.

Использовался монокристаллический кремний и- и р-типа (кремний с ориентацией III).

Осуществлялась ультразвуковая микросварка с использованием золотых и алюминиевых проводников. Температура подогрева была равна 370 С. Толщину адсорбированной и окисной пленок измеряли на эллипсометре о

ЛЭМ-2 с точностью ЗА. Импульсное ультрафиолетовое облучение осуществлялось лампой ДРШ-1000 с использованием модуляционных фильтров.

Исследования показали, что ультрафиолетовое облучение пластин кремния в течение

15 мин уменьшает толщину адсорбированной о о и окисной пленок от 45 А до 7 А. Причем однородность толщины по диаметру пластины улучшилась от 30 — 35% до 2 — 2,5 /о. В процессе микросварки скорость образования очагов взаимодействия в плоскости контакта возросла в 20 раз. При этом прочность соединения в среднем увеличилась на 40 — 60%, переход10 ное электросопротивление уменьшилось в 10—

11 раз, а воспроизводимость качества (по прочности и переходному сопротивлению) улучшилась в 7 раз.

Формула изобретения

Способ ультразвуковой микро сварки, при котором на свариваемые изделия подают ультразвуковые колебания, о т л и ч а ю щ и й20 с я тем, что, с целью повышения качества свариваемого соединения, перед сваркой осуществляют облучение свариваемых изделий ультрафиолетовыми лучами с энергией фотонов больше энергии разрыва химических свя25 зей поверхностей свариваемых изделий, а в процессе сварки облучают энергией фотонов больше работы выхода электронов свариваемых изделий.

Источники информации, 30 принятые во внимание при экспертизе

1. Назаров Г. В., Гревцев Н, В. «Сварка и пайка в микроэлектронике», М., «Советское радио», 1967, с. 7 — 22.

2. Авторское свидетельство Мю 252837.

35 кл. В 23К 19/00, 1967.