Технология производства аналоговых микросхем

Технология производства аналоговых микросхем

Микросхемы входят в состав любого радиоэлектронного и электронно-вычислительного устройства, без которых немыслим мир высоких технологий и прогресса. Поэтому качество и характеристики этих устройств определяются примененными в них микросхемами. А, следовательно, большое значение имеет технология их изготовления. [9]

1.2. Изготовление монокристалла полупроводникового материала

Монокристалл – отдельный однородный кристалл, имеющий во всем объеме единую кристаллическую решетку и зависимость физических свойств от направления (анизотропия). Электрические, магнитные, оптические, акустические, механические и др. свойства монокристалла связаны между собой и обусловлены кристаллической структурой, силами связи между атомами и энергетическим спектром электронов.

Монокристаллы для полупроводниковой промышленности (кремний, германий, рубин, гранаты, фосфид и арсенид галлия, и др.) изготавливаются, как правило, методом Чохральского путем вытягивания из расплава с помощью затравки. На рисунке приведена схема установки для выращивания монокристаллов по методу Чохральского. Тигель с расплавом 1 размещается в печи 2. затравка 3, охлаждаемая холодильником 4, медленно поднимается под действием механизма вытягивания 5, увлекая за собой монокристалл полупроводникового материала. Монокристалл растет на затравке со скоростью до 80 мм/ч. Расплав смачивает затравку и удерживается на ней силами поверхностного натяжения. Температуру расплава и скорость кристаллизации можно изменять независимо. Отсутствие прямого контакта растущего монокристалла с тиглем и возможность изменения его геометрической формы позволяет получать бездислокационные монокристаллы. Получаемые методом Чохральского монокристаллы имеют форму цилиндра длиной до 1 метра и более и диаметром 20…300 мм.

Схема установки для выращивания кристаллов по методу Чохральского

Монокристалл после охлаждения калибруют по диаметру до заданного размера с точностью ± 1 мм. Затем производится травление его поверхности на глубину 0,3…0,5 мм и ориентация по заданному кристаллографическому направлению (для Si, например, чаще всего по оси <111>), чтобы получить после разрезки пластины, ориентированные строго в заданной плоскости. Правильная ориентация пластин обеспечивает высокую воспроизводимость электрофизических параметров создаваемых на пластине приборов методом диффузии, эпитаксии и др. [9]

1.3. Разрезка монокристалла и получение пластин

Разрезку монокристаллов на пластины осуществляют чаще всего абразивными дисками с режущей кромкой, покрытой алмазной крошкой размером 40…60 мкм. Толщина режущей алмазной кромки диска 0,18…0,20 мм, при этом ширина реза получается 0,25…0,35 мм.

Так как на поверхности пластин остаются царапины, сколы, трещины и другие дефекты, нарушающие однородность структуры поверхностного слоя, их шлифуют, травят и полируют. При шлифовании достигается неплоскопараллельность пластин не более 3 мкм и прогиб по поверхности не более 10 мкм.

При травлении удаляется нарушенный слой толщиной 5…30 мкм и снимаются внутренние напряжения, возникшие в процессе шлифования.

Окончательная тонкая доводка поверхности пластин производится полированием абразивными порошками или пастами, а затем химико-механическим способом с применением суспензий, золей и гелей. В результате получают полупроводниковую пластину диаметром 20…250 мм толщиной от десятков до нескольких сотен микрометров с шероховатостью обработанной поверхности не более 0,04 мкм. [9]

1.4. Изготовление фотошаблонов

Фотошаблоны широко применяются в технологии интегральных микросхем как на стадии формирования активных элементов в полупроводниковом материале, так и при создании пассивных элементов и межсоединений.

Фотошаблон – стеклянная пластина (подложка) с нанесенным на ее поверхности маскирующим слоем – покрытием, образующим трафарет с прозрачными и непрозрачными для оптического излучения участками. В процессе фотолитографии слой фоторезиста экспонируется в соответствии с рисунком покрытия, имеющегося на фотошаблоне.

Подложку фотошаблона выполняют либо из обычного стекла (при экспонировании светом с длиной волны l более 300 нм), либо из кварцевого стекла (при l менее 300 нм). В качестве материала маскирующего слоя фотошаблона обычно используется хром, оксиды хрома, железа и др., образующие твердые износостойкие покрытия. [9]

К фотошаблонам для производства полупроводниковых структур предъявляется комплекс требований, к которым в первую очередь следует отнести следующие: оптическая плотность маскирующего материала должна быть не менее 2,0; толщина маскирующего материала – не более 100 нм; его отражательная способность не выше 15%; неплоскостность от нескольких мкм до десятков мкм (для разных классов фотошаблонов); микродефектность порядка 0,1 см-2; краевая четкость рисунка не ниже 0,1 мкм для элементов изображения с размером менее 1 мкм. [9]

1.5. Полупроводниковые микросхемы

1.5.1. Понятие о структуре и топологии

Конструкция полупроводниковой микросхемы полностью определяется её физической структурой (совокупностью слоёв в кристалле, отличающихся материалом и электрофизическими свойствами) и топологией (формой, размерами, относительным расположением отдельных областей и характером межсоединений по поверхности кристалла). Можно также сказать, что структура – это чертёж поперечного сечения кристалла интегральной микросхемы, а топология – вид в плане.

На рис. а) приведен фрагмент структуры микросхемы, представляющей n-p-n-транзистор и включённый в коллекторную цепь резистор, а на рис. б) – топология этого же участка. На рис. а) цифрами обозначены: 1 – исходная монокристаллическая пластина – подложка; 2 – открытый слой; 3-эпитаксиальный слой (он же коллекторный); 4 – разделительный слой; 5 – базовый слой; 6 – эмиттерный слой; 7 – изолирующий слой с контактными окнами; 8 – слой металлизации; 9 – защитный слой (обычно SiO2).

Фрагмент интегральной микросхемы: а) – структура; б) – топология.

Каждый из слоёв 2…6 представляет собой совокупность отдельных островков (областей), имеющих одинаковые толщины, тип проводимости (электронная n или дырочная p) и характер распределения примеси по толщине. Это достигается одновременным введением примеси через окна защитной маски из SiO2, формируемой предварительно на поверхности пластины-кристалла. В отличие от слоёв 2…6 слои 7, 8 и 9 получают путём формирования сплошной плёнки и последующего избирательного травления с использованием фотошаблона. В результате изолирующий слой 7 (SiO2) содержит контактные окна, слой металлизации 8 (обычно Al) – систему соединительных проводников и периферийные монтажные площадки, а слой 9 – окна над монтажными площадками.

Приведённая структура получила название эпитаксиально-планарной и предполагает взаимную изоляцию смежных элементов за счёт обратносмещенных p-n-переходов на границах изолирующего слоя. Высоколегированный скрытый слой (n+) служит для уменьшения сопротивления коллекторов транзисторов и за счёт этого повышения их быстродействия. Области n+ под коллекторными контактами исключают образование потенциального барьера (барьера Шоттки), обеспечивают, таким образом, омический контакт со слаболегированным коллектором и принадлежат эмиттерному слою. [9]

1.5.2. Цикл формирования топологических слоев

Слои 2…6, находящиеся в объёме полупроводникового кристалла, формируются с помощью однотипного повторяющегося цикла (рисунок ниже): “окисление поверхности (SiO2) – фотолитография с образованием оксидной маски – внедрение легирующей примеси через окна маски – стравливание окисла”. Рисунок оксидной маски определяется рисунком фотошаблона, используемого в процессе фотолитографии. Таким образом, для создания всех слоёв требуется комплект фотошаблонов с различными рисунками.

1	2
3	4

Последовательность формирования топологического слоя в объеме кристалла: 1 - окисление поверхности; 2 - фотолитография; 3 - внедрение примеси; 4 - стравливание окисла.

В соответствии с этим циклом последовательность формирования полупроводниковой структуры выглядит следующим образом. В исходной пластине-подложке p-типа формируются области скрытого слоя (n+). Далее осаждается сплошной монокристаллический (эпитаксиальный) слой кремния n-типа, поверхность которого окисляется. Затем формируются области разделительного слоя (p+) с таким расчётом, чтобы они сомкнулись с подложкой. Образующиеся при этом островки эпитаксиального слоя образуют коллекторный слой (n). Внутри коллекторных областей формируются базовые p-области (базовый слой), а внутри базовых областей – эмиттерные (эмиттерный n+-слой).

В дальнейшем обработка происходит на поверхности: формируются изолирующий слой (SiO2), слой металлизации (Al) и защитный слой (SiO2). При этом используется цикл “нанесение сплошной плёнки – фотолитография”.

Таким образом, для получения рассматриваемой структуры необходим комплект из 8 фотошаблонов. [9]

1.6. Легирование методом термической диффузии примесей

В подавляющем большинстве случаев легирующая примесь вводится в монокристаллический кремний с целью изменения типа проводимости и образования p-n-перехода на определённой глубине. Изменение типа проводимости имеет место в случае, если максимальная концентрация введённой примеси превышает концентрацию исходную (Nисх). Образование p-n-перехода происходит на глубине Хn, где концентрация введённой примеси оказывается равной исходной. [9]

1.7. Легирование методом ионной имплантации

При ионной имплантации атомы легирующей примеси ионизируют в сильном электрическом поле и облучают потоком ионов поверхность пластины с подготовленной заранее оксидной маской (рисунок ниже). Имея при подлёте к поверхности одинаковую энергию, ионы при вхождении в кремний испытывают многократные столкновения с ядрами и кулоновское взаимодействие с электронами атомов кремния. Это приводит к постепенному торможению ионов вплоть до полной остановки. Путь, пройденный отдельным ионом в кристалле кремния (длина пробега), является величиной случайной и для совокупности ионов, внедрённых в кристалл, оценивается средним значением пробегов lср.

Разброс отдельных пробегов относительно среднего значения оценивается средним квадратическим отклонением s.

Параметры распределения пробегов lср и s зависят от энергии ионов Е, а также от эффективного диаметра атома примеси (иначе говоря от порядкового номера z в периодической системе элементов). Чем выше Е и меньше z, тем больше lср и s.

В материале оксидной маски (SiO2), имеющей более плотную структуру по сравнению с кремнием, имеет место более сильное торможение ионов, благодаря чему лишь незначительное количество ионов пронизывает маску и внедряются в кремний. За счёт этого достигается избирательность легирования. При энергиях десятки и сотни килоэлектронвольт ион способен при столкновении с ядрами кремния вызывать массовые смещения атомов в междоузлия решётки. В результате нарушения структуры монокристалла большое количество внедрённой примеси оказывается пассивной, неспособной создавать подвижные носители заряда, а активная часть примеси создаёт носители с низкой подвижностью. Для восстановления нарушенного слоя и перевода всей внедрённой примеси в активное состояние прибегают к отжигу поверхностного слоя путём облучения коротким (порядка 1 мс) и мощным импульсом инфракрасного излучения.

Преимущества ионной имплантации по сравнению с термической диффузией примеси сводятся к следующему:

Процесс не требует нагрева пластин и, следовательно, не приводит к изменению параметров ранее сформированных слоёв (за счёт диффузионной разгонки).

Так как ионный пучок перпендикулярен к пластине, размеры легированной области точно соответствуют размерам окна в оксидной маске.

Количество введённой примеси точно дозируется (контролируется в процессе облучения).

Недостатком процесса ионной имплантации является то, что при постоянной энергии ионов невозможно получить глубоко залегающий переход с одновременным присутствием примеси на поверхности. В связи с этим на практике прибегают к одному из двух вариантов (рисунок ниже):

Формирование глубоких профилей: а) - ступенчатый процесс;
б) - комбинирование имплантационной загонки с диффузионной разгонкой

1) Ступенчатый процесс. Непрерывное и глубокое распределение примеси от поверхности до перехода обеспечивается несколькими ступенями легирования при различных энергиях, причём первый (глубокий) профиль обеспечивает заданную глубину залегания p-n-перехода Хn, а последний (у поверхности) - необходимую поверхностную концентрацию N0 (рис. а) ).

2) Комбинированный процесс. Имплантационная загонка примеси при низкой энергии обеспечивает необходимую дозу легирования Q и присутствие примеси на поверхности, а диффузионная разгонка - заданную глубину залегания p-n-перехода Хn (рис. б) ). [9]

1.7. Фотолитография

Процессы легирования, а также наращивания слоёв различных материалов призваны сформировать вертикальную физическую структуру ИМС. Необходимые форма и размеры элементов и областей в каждом слое структуры обеспечиваются процессом фотолитографии.

Фотолитография - процесс избирательного травления поверхностного слоя с использованием защитной фотомаски.

На рисунке приведена структурная схема процесса фотолитографии. Отдельные этапы на схеме включают в себя несколько операций. Ниже в качестве примера приведено описание основных операций при избирательном травлении оксида кремния (SiO2), которое используется многократно и имеет целью создание окон под избирательное легирование, а также контактных окон.

Схема процесса фотолитографии

Подготовка поверхности к нанесению фотослоя заключается в её обработке парами органического растворителя для растворения жировых плёнок, которые препятствуют последующему сцеплению фоторезиста с поверхностью. Отмывка сверхчистой (деионизованой) водой удаляет следы растворителя; а также микрочастицы, способные впоследствии образовать "проколы" в тонком (»1 мкм) слое фоторезиста.

При нанесении фотослоя используется раствор светочувствительного полимера в органическом растворителе (фоторезист). Для получения тонких слоёв фоторезиста на поверхности пластины его вязкость должна быть очень мала, что достигается высоким содержанием раствори% по массе). В свою очередь, с уменьшением толщины фотослоя повышается разрешающая способность фотолитографического процесса. Однако, при толщинах менее 0,5 мкм плотность дефектов ("проколов") в фотослое резко возрастает, и защитные свойства фотомаски снижаются.

Под совмещением перед экспонированием понимается точная ориентация фотошаблона относительно пластины, при которой элементы очередного топологического слоя (на фотошаблоне) занимают положение относительно элементов предыдущего слоя (в пластине), предписанное разработчиком топологии. Например, фотошаблон, несущий рисунок эмиттерных областей должен быть точно ориентирован относительно пластины, в которой уже сформированы базовые области.

Совмещение фотошаблона с пластиной: (общая схема совмещения): 1 - групповой фотошаблон; 2 - модули для грубого совмещения; 3 - базовый срез на пластине для предварительной ориентации; 4 - групповая пластина; 5 - знак совмещения в модуле пластины; 6 - знак совмещения в модуле шаблона;

Процесс совмещения включает три этапа:

1) Предварительная ориентация по базовому срезу, обеспечивающую на границах модулей групповой пластины наивыгоднейшую кристаллографическую плоскость с точки зрения качества разделения пластины на отдельные кристаллы.

2) Предварительное грубое совмещение по границам крайних модулей, имеющее целью исключить разворот пластины и фотошаблона относительно вертикальной оси Z.

3) Точное совмещение, исключающее смещение рисунков фотошаблона и пластины по осям X и Y.

Для точного совмещения используют специальные знаки совмещения с контролируемым зазором, которые входят в состав топологических рисунков соответствующих слоёв. Совмещение считается выполненным, если при введении одного знака внутрь другого по всему контуру просматривается зазор.

Проявление скрытого изображения для негативных фоторезистов заключается в обработке фотослоя органическим растворителем. При этом участки, не подвергшиеся облучению, растворяются, а облучённые участки, где при поглощении ультрафиолетового излучения происходит разрыв межатомных связей и перестройка структуры (фотополимеризация), сохраняются.

В позитивных фоторезистах на участках, подвергшихся облучению, происходит разрушение структуры (деструкция) с образованием кислоты. Для перевода её в растворимые слои применяют раствор неорганического соединения со щелочными свойствами (KOH, NaOH и др).

После отмывки от следов проявителя и сушки полученную фотомаску подвергают тепловому задубливанию (120÷180°С в зависимости от марки фоторезиста), в результате чего окончательно формируются её защитные свойства.

При травлении в жидких травителях используются водные растворы неорганических соединений (обычно кислот). Химический состав и концентрация травителя в растворе подбирается так, чтобы поверхностный слой растворялся активно, а нижележащий не растворялся. С травлением в жидких травителях связано не только явление подтравливания под фотомаску, но и разброс величины подтравливания в совокупности элементов одного слоя. [9]

1.8. Осаждение тонких пленок в вакууме

Проводники на поверхности кристалла полупроводниковой ИМС, а также пассивные элементы гибридно-пленочных микросхем создаются на основе тонких плёнок толщиной 0,1÷2 мкм. Высокая точность по толщине и химическая чистота для тонких плёнок могут быть достигнуты только при выращивании слоя из атомарного (молекулярного) потока. Такие условия можно создать в вакууме либо при нагреве, испарении и конденсации материала, либо при бомбардировке твёрдого образца материала (мишени) ионами инертного газа, распыления его в атомарный (молекулярный) поток и конденсации на поверхности изделия. [9]

1.9. Тонкопленочные резисторы

Тонкопленочные резисторы являются элементами гибридных тонкоплёночных микросхем, а также согласующими элементами в микросборках, где они присутствуют в виде резистивных матриц (резистивных "сборок") на отдельной миниатюрной подложке, представляющей собой компонент микросборки. В обоих случаях резисторы изготавливаются на основе общей резистивной плёнки одновременно, т. е. по интегральной технологии.

Для осаждения тонких резистивных плёнок используют стандартные резистивные сплавы в виде порошков (для термовакуумного напыления) или дисков-мишеней (для распыления ионной бомбардировкой). Сплавы представляют собой силициды хрома, никеля, железа и двойные или тройные системы на их основе. Содержание кремния от 15 до 95 % обеспечивает широкий диапазон удельных сопротивлений. Конкретные марки резистивных сплавов характеризуются рекомендуемыми значениями удельного поверхностного сопротивления Rсл [Ом], допустимой удельной мощностью рассеивания Р0 [Вт/см2], температурным коэффициентом сопротивления a [K-1] и коэффициентом старения gст. [9]

1.10. Основы толстопленочной технологии

Толстые плёнки толщиной в несколько десятков мкм применяют для изготовления пассивных элементов (резисторов, конденсаторов, проводников и контактов) в гибридных толстоплёночных микросхемах, а также проводников и изолирующих слоёв в некоторых типах многоуровневых коммутационных микроплат.

В основе толстоплёночной технологии лежит использование дешёвых и высокопроизводительных процессов, требующих небольших единовременных затрат на подготовку производства, благодаря чему она оказывается экономически целесообразной и в условиях мелкосерийного производства. Высокая надёжность толстоплёночных элементов обусловлена прочным (свыше 50 кгс/см2) сцеплением с керамической подложкой, которое достигается процессом вжигания пасты в поверхностный слой керамики.

В целом толстоплёночная технология состоит из ряда последовательных идентичных циклов, структурная схема которых приведена на рис. 30. При формировании каждого слоя (резистивного, проводящего, диэлектрического и т. п.) используют соответствующие пасты, которые через сетчатый трафарет наносят на подложку, подвергают сушке и вжиганию. По завершении формирования всех слоёв все резисторы и конденсаторы проходят подгонку (обычно лазерную) до заданной точности.

Структурная схема цикла толстопленочной технологии [9]

1.11. Крепление подложек кристаллов

Метод крепления подложек и кристаллов на основании корпуса, а также кристаллов и других компонентов на подложках зависит от выбора материала присоединительного слоя - клея, стекла, припоя и т. д.

В свою очередь, материал присоединительного слоя должен обеспечивать эффективный отвод теплоты в подложку или корпус в зависимости от выделяемой мощности, хорошее согласование температурных коэффициентов расширения (ТКР) соединяемых элементов в широком диапазоне рабочих температур (обычно --60 ¸ +125°С), стойкость к динамическим воздействиям (с ускорением до 150g) в условиях воздействия вибраций и ударов. В отдельных случаях присоединительный слой должен быть электропроводным.

Процесс крепления подложек и кристаллов можно условно представить в виде последовательности этапов:

1) подготовка поверхности основания и нанесение присоединительного материала (клея, стекла, припоя)

2) ориентированная установка кристалла (подложки) на основание

3) собственно присоединение, которое в общем случае выполняется под давлением и с нагревом.

Наиболее точным и производительным способом нанесения присоединительного материала, обладающего свойствами пасты (клей, суспензия стекла, лудящая паста), является сеткографический способ, который, кроме того, позволяет обеспечить достаточно точную дозировку присоединительного материала, а следовательно, высокую воспроизводимость геометрических размеров соединения. Конструкция корпуса микросхемы должна при этом обеспечивать возможность плотного прилегания сетки к основанию.

Ориентация кристалла непосредственно на основании нежелательна, поэтому кристаллы должны быть предварительно ориентированы и уложены в кассеты, откуда вакуумным пинцетом их переносят к месту соединения.

Собственно присоединение можно выполнять индивидуально для каждого кристалла на специальных технологических установках (обычно при соединении пайкой) или групповым способом в кассетах под необходимым давлением с общим нагревом в печах или термостатах (соединения стеклом или склеиванием).

Клеевые соединения используют для микросхем и компонентов пониженной мощности. Технология клеевых соединений проста и может быть применена для широкого круга материалов (с использованием клеев на эпоксидной основе) и диапазона рабочих температур (-60¸+150°C, кратковременно до 450°С). Клеевые соединения стойки к вибрациям.

Основным недостатком эпоксидных смол является пониженная теплопроводность.

Монтаж кристаллов и подложек, предназначенных для работы в герметизированных корпусах, возможен только теми клеями, которые не содержат активных компонентов, способных при температуре эксплуатации выделяться из клеевой прослойки и заполнять объем корпуса.

Качество поверхности соединяемых элементов оказывает большое влияние на прочность клеевого слоя. Поэтому с поверхностей перед склеиванием тщательно удаляют загрязнения и жировые пленки, причем следы используемых органических растворителей должны быть полностью удалены сушкой.

Качество поверхности соединяемых элементов оказывает большое влияние на прочность клеевого слоя. Поэтому с поверхностей перед склеиванием тщательно удаляют загрязнения и жировые пленки, причем следы используемых органических растворителей должны быть полностью удалены сушкой.

Точную дозировку по толщине и площади клеевого слоя обеспечивает применение пленочных клеев. Пленочные клеи представляют собой неполимеризованный подсушенный клей, который можно разрезать на заготовки нужных размеров и формы. Непосредственно перед монтажом для активации поверхности заготовки пленочного клея ее погружают на 1-2 сек. в этиловый спирт. Далее установленные пленку и подложку помещают в прижимное приспособление с резиновой прокладкой, где выдерживают 1-2 мин. После сушки на воздухе не менее 30 мин. изделие подвергают термообработке в термостате (подъем температуры до 150°C в течение 1 ч, выдержка 2 ч, охлаждение вместе с термостатом до 30-40°С).

Пайка стеклами позволяет достичь хорошего согласования соединяемых материалов по ТКР, так как, варьируя состав стекла, можно изменять его ТКР в широких пределах. К легкоплавким стеклам относят обычно стекла, температура размягчения которых не превышает 550°С.

Использование относительно тугоплавких стекол практически исключает возможность припайки кристаллов стеклом на подложках гибридных пленочных микросхем и микросборок. Пайку стеклом в основном применяют для крепления керамических, поликоровых и ситалловых подложек. Наилучшая адгезия стекла и, следовательно, прочность соединения обеспечиваются с материалами, представляющими собой смеси окислов (ситалл, поликор, керамика 22ХС), или с металлами, имеющими на поверхности прочный слой окисла.

Технология пайки стеклом сводится к нанесению суспензии (пасты) стеклянного порошка в деионизованной воде на очищенную поверхность, сжатию соединенных деталей в приспособлении-кассете, сушке и последующему оплавлению в печи в контролируемой атмосфере.

Пайка металлическими сплавами обеспечивает высокую электропроводность соединения, механическую прочность, хорошее согласование по ТКР. Благодаря высокой теплопроводности и малой теплоемкости металлических сплавов, необходимое время для плавления и получения соединения достаточно мало, что делает целесообразным выполнение этих операций на специальных установках последовательного присоединения кристаллов с высоким уровнем механизации и автоматизации.

В качестве присоединительного слоя могут быть использованы мягкие припои, такие, как Аu-Sn (80 масс. %. и 20 масс. %; tпл =280°С), Рb-Sn-Аg (92, 5,5 и 2,5 масс. %; tпл =300°С) и др. Припой вводят в место соединения в виде фольговых дисков или наносят в виде пасты трафаретным способом. Необходимым условием качественного соединения является высокая смачиваемость соединяемых поверхностей припоем. Для этого кристаллы на установочной плоскости должны иметь слой металлизации (золото, серебро или никель с подслоем хрома), который наносят на этапе групповой обработки на обратную (нерабочую) сторону групповой пластины. Соответственно площадка для установки кристалла на подложку (или на основание корпуса) должна иметь никелевое или золотое покрытие.

Пайка мягкими припоями допускает при необходимости демонтаж припаянного кристалла. В то же время относительно низкая температура плавления припоя ограничивает технологическую температуру на последующих операциях присоединения выводов и герметизации микросхемы.

Более высокую температуру плавления (370°С) имеет эвтектический сплав Аu-Si (94 и 6 масс. %), который также в виде фольгового диска помещают между кристаллом и основанием. Для улучшения смачивания кристалла припоем целесообразны золочение поверхности кристалла, а также ультразвуковые колебания инструмента, прижимающего кристалл. Рабочую температуру устанавливают в пределах 390-420°C, т. е. выше температуры эвтектики. Время пайки 3-5 с, давление инструмента 1-З Н/мм2.

При пайке любыми эвтектическими сплавами температура плавления сплава невысокая (наименьшая для данной системы). Кристаллизация происходит одновременно по всему объему, т. е. скачкообразный переход из жидкой фазы в твердую обеспечивает мелкозернистость структуры слоя и, следовательно, повышенную прочность.

Поскольку все виды пайки металлическими припоями, включая пайку контактным плавлением, можно выполнять на механизированных установках, применение флюсов в этих условиях снизило бы эффективность использования таких установок. Поэтому пайку обычно производят в защитной или защитно-восстановительной среде путем подачи соответствующего газа через миниатюрное сопло в зону пайки. Этот же газ используют для охлаждения полученного соединения.

На площадку для пайки кристалл (а также припойный диск) устанавливают вакуумным пинцетом из кассет с ориентированными кристаллами. Этот же пинцет является инструментом, выполняющим соединение.

При укладке ориентированных кристаллов в кассеты (после скрайбирования, ломки групповой пластины и отбраковки дефектных кристаллов) требуется трудоемкая и утомительная ручная работа или специальные сортировочные автоматы с нежелательными механическими воздействиями на кристаллы. Поэтому представляют интерес различные приемы, позволяющие сохранить ориентацию кристаллов после ломки групповой пластины, один из которых заключается в том, что групповая пластина, прошедшая операции зондового контроля и скрайбирования, наклеивается на эластичную пленку. Ломка пластины производится прокатыванием ролика по поверхности пластины. Далее пленка на специальном приспособлении растягивается по двум осям (при этом кристаллы раздвигаются, сохраняя ориентацию) и в этом положении фиксируется. После подогрева пленки дефектные кристаллы удаляют вакуумным пинцетом, а остальные погружают в ванночку с растворителем, сушат и переносят в кассету.

Рабочий цикл включает в себя следующие приемы, выполняемые автоматически: захват кристалла инструментом (с вакуумным прижимом), включение нагрева инструмента, перемещение корпуса (ленты) на шаг, установка кристалла, выключение вакуума, включение ультразвукового генератора, пайка, выключение подогрева инструмента и ультразвукового генератора, включение обдува, подъем инструмента и выключение обдува. [9]