Особенности технологических процессов корпусирования

По различным оценкам доля стоимости корпуса в современном изделии может достигать 75% и более. Для осуществления микросборки изделий самого широкого номенклатурного ряда требуется, как правило, (за исключением некоторых операций) универсальное оборудование.
Основные операции технологического процесса сборки микросхем:
– монтаж кристаллов;
– отверждение клея;
– разварка проволочных выводов;
– герметизация и проверка герметичности;
– формовка и обрубка выводов;
– контроль и упаковка.
Схема типового технологического процесса сборки микросхем (для широкой номенклатуры корпусов) представлена на рисунке 1.

Рис. 1. Схема технологического маршрута корпусирования микросхем

Начнем с рассмотрения особенностей сборки микросхем и МЭМС в металлокерамический или металлостеклянный корпус (CBGA, CQFP). Ключевой особенностью сборки изделий в металлокерамический (металлостеклянный) корпус (см. рис. 2) является использование при корпусировании шовно-роликовой или лазерной сварки для герметизации корпусов.

Рис. 2. Примеры металлокерамических корпусов

После герметизации таких корпусов проводится проверка на герметичность, которая осуществляется во всем диапазоне возможных дефектов: большие, средние и малые течи. Наличие больших течей определяется пузырьковым методом, средних и малых — с помощью гелиевого течеискателя.
Приведем примеры используемого оборудования для отдельных технологических операций:
– снятие кристалла с пленки и его монтаж:
а) для лабораторных работ и мелкосерийного производства используются установки монтажа кристаллов и компонентов Dr. Tresky T-3002-M, T-3002-FC, T-3202 (см. рис. 3 а, б, в). Данные системы предназначены для монтажа кристаллов и компонентов на различные адгезивы и могут дооснащаться набором специальных опций для монтажа кристаллов на твердый эвтектический припой или паяльную пасту;
б) для серийного производства в области монтажа кристаллов и компонентов используются установки Dr. Tresky  T-6000 и Datacon 2200 evo (см. рис. 4а, б);
Основным отличием установки Datacon 2200 evo от T-6000 является возможность монтажа компонентов на эвтектику. Преимущество Datacon 2200 evo в более высокой  производительности и возможности оснащения системами автоматической загрузки/выгрузки.
– отверждение клея: промышленная печь EspecPV-212 (M) (см. рис.5)
– разварка выводов:
а) для лабораторных работ и мелкосерийного производства используются установки микросварки Kulicke&Soffa 4523AD, 4524AD, 4700AD (см. рис. 6а, б, в);
б) для крупной серии и массового производства используются автоматические установки микросварки Kulicke&Soffa IConn и Orthodyne (см. рис. 7а, б). Более подробно операция разварки проволочных выводов описана в [1, 2].

а)	б)	в)
Рис. 3. Установки монтажа кристаллов и компонентов: а) ручная установка T-3002-M; б) установка с автоматизированным перемещением по вертикальной оси T-3002-FC3; в) полуавтоматическая установка T-3202

а)	б)
Рис. 4. Автоматические установки для серийного производства в области монтажа кристаллов и компонентов: а) Dr. Tresky T-6000; б) Datacon 2200 evo

Рис. 5. Промышленная печь Espec PV-212 (M)

а)	б)	в)
Рис. 6. Ручные установки микросварки: а) клиновой микросварки с функцией автовозврата 4523AD; б) шариковой микросварки с функцией автовозврата 4524AD; в) перенастраиваемая установка микросварки 4700AD

– герметизация металлокерамических корпусов
а) для этого вида операций используются установки шовно-роликовой сварки Miyachi, например, модели AF8500VPST c атмосферной камерой MX2000 (см. рис. 8а, б).
На этой операции очень важно обеспечить высокую степень герметичности сварного шва и контролируемый состав атмосферы во внутреннем объеме корпуса. Более подробно герметизация шовно-роликовой сваркой описана в [3]. Нужно иметь в виду, что при шовно-роликовой сварке очень важной является возможность встроенного «прихвата» крышки перед прокаткой. Если по технологии идет корпусирование в пластиковый корпус, то установку шовно-роликовой сварки заменяют на установку многоплунжерного литья под давлением.
На рисунках 9 а, б представлены установки для корпусирования кристаллов микросхем в пластиковый корпус (см. рис. 10). Полуавтоматическая система корпусирования электронных компонентов MMS-i применяется для лабораторных и исследовательских работ, а также для мелко- и среднесерийного производства. Для крупной серии и массового производства необходима интеллектуальная система корпусирования компонентов Fico AMS-i.

а)	б)
Рис. 7. Автоматические установки микросварки: а) шариковой Iconn; б) клиновой Orthodyne 3700Plus

а)	б)
Рис. 8. Установка шовно-роликовой сварки AF8500VPST (а) с атмосферной камерой MX2000 (б)

а)	б)
Рис. 9. Установки для корпусирования кристаллов микросхем: а) полуавтоматическая система MMS-i; б) интеллектуальная система Fico AMS-i

Рис.10. Примеры пластиковых корпусов

Рис.11. Примеры светодиодов

а)	б)	в)
Рис. 12. Системы дозирования: а) настольный автомат DispenseMate 580; б) S-922; в) двухлинейная система дозирования S-912N

Рис.13. Пример flip-chip-изделий

а)	б)
Рис. 14. Установки плазменной очистки и травления: а) AP300 (AP600); б) AP1000

а)	б)	в)
Рис. 15. Полуавтоматические установки для дисковой резки: а) ADT7100; б) ADT7200; в) система с двумя шпинделями ADT 7900 Duo

Рис. 16. Установка для монтажа полупроводниковых пластин на пленочный носитель — ADT966

Рис. 17. Установка УФ-экспонирования ADT955

а)	б)	в)
Рис. 18. Установки автоматического и механического контроля: а) система АОИ Camtek Falcon; б) Dage 4000; в) Dage 4000Plus

а)	б)
Рис. 19. Универсальные установки формовки и обрубки выводов: а) F-1B/3A; б) FLEX tm с автоматическим контролем зазора

Рассмотрим сборку светодиодов (см. рис. 11). На сегодня этот тип изделий микроэлектроники приобретает все большую популярность, и объемы производства светодиодов  растут быстрыми темпами. Основным отличием технологического процесса микросборки светодиодов от аналогичных техпроцессов, рассмотренных выше, является операция герметизации корпуса. В данном случае необходимо специальное оборудование для заливки люминофорным силиконовым компаундом (см. рис. 12 а, б, в), причем критическим параметром является форма капли, а, следовательно, и точная доза компаунда, поскольку на этом этапе формируется линза светодиода. На следующей операции компаунд полимеризуется.
Применяемые системы дозирования:
– автомат дозирования DispenseMate 580;
– система дозирования S-9224;
– двухлинейная система дозирования S-912N.

При использовании технологии «flip-chip» («перевернутый кристалл», см. рис. 13) выступы (бампы — от bump) формируются непосредственно на лицевой стороне кристалла после кристального производства. Эта технология предполагает использование специального оборудования для монтажа кристаллов: требуется либо отдельная установка, либо модернизация имеющейся (например, можно дооснастить специальной опцией установку Dr. Tresky T-3002-FC).
На отдельных этапах нередко применятся плазменная обработка. Например, плазменная обработка важна перед монтажом кристаллов, перед разваркой или перед заливкой компаундом/герметизацией. Плазменная обработка исключает нарушение целостности сварного соединения при ультразвуковой сварке и увеличивает степень смачивания и прочность контакта соединяемых посредством адгезивов компонентов, тем самым увеличивая срок службы выпускаемых приборов. Как пример, приведем установки плазменной обработки и травления производства NordsonMarchPlasma — AP300 (AP600) и AP1000 (см. рис. 14а, б). Более подробно плазменная обработка описана в [4].
Если на входе планируется пластина с топологией, а не отдельные кристаллы, то неотъемлемой частью сборочного процесса будет разделение (или резка) пластин. С этой целью применяют хорошо зарекомендовавшие себя установки прецизионной дисковой резки 7100, 7200 или 7900 (см. рис. 15 а, б, в) израильской компании ADT. Для осуществления процесса резки необходимо следующее периферийное оборудование: установка для монтажа полупроводниковых пластин на пленочный носитель и установка УФ-экспонирования. Та же ADT предлагает для этой цели модели 966 и 955 (см. рис. 16, 17).
В зависимости от сложности, технологичности и других свойств конечного изделия на различных этапах сборки может применяться автоматическая оптическая инспекция (АОИ) или механический контроль, а также различные виды испытаний (например, на отрыв или на сдвиг, как кристаллов так и проволочных соединений).
Контроль пластин до и после разделения на кристаллы, а также другие виды контроля позволяют осуществлять системы АОИ Falcor компании Camtek. Для проведения механического контроля чаще всего используются установки серии 4000 компании Dage (см. рис. 18 а, б, в). Более подробно установка Dage 4000Plus описана в [5].
Для всех изделий, за исключением flip-chip- и BGA-компонентов, будут необходимы операции формовки и обрубки выводов. Эту задачу позволяет решить машина обрубки и формовки выводов Fancort (рис. 19 а, б).

В заключение хотелось бы отметить, что в условиях опытного и мелкосерийного производства большая часть технологического оборудования может применяться для сборки практически любых изделий микроэлектроники, что говорит об универсальности типовых решений для микросборки. В условиях небольшой серийности и широкого номенклатурного ряда выпускаемых изделий, что чаще всего характеризует отечественные предприятия, самым эффективным способом развития микросборочной линейки является ее дооснащение, либо, что даже проще, дооснащение отдельного оборудования необходимыми опциями.
ЗАО Предприятие Остек имеет серьезный опыт в области внедрения новых технологий микросборки и корпусирования в нашей стране. За двадцать лет работы на российском рынке высоких технологий мы реализовали сотни комплексных проектов, в том числе по технологическому оснащению и модернизации отечественных микросборочных производств. Специалисты Остека готовы оказать содействие на любом этапе технологической проработки будущего или существующего производства. Предварительные испытания любой технологической операции на образцах клиента можно провести как в нашей лаборатории, так и в лабораториях наших партнеров, и это приводит к продуктивным, положительным результатам внедрения решений.