RU2525684C1 - Способ сборки микроэлектромеханических устройств - Google Patents
Способ сборки микроэлектромеханических устройств Download PDFInfo
- Publication number
- RU2525684C1 RU2525684C1 RU2013108395/28A RU2013108395A RU2525684C1 RU 2525684 C1 RU2525684 C1 RU 2525684C1 RU 2013108395/28 A RU2013108395/28 A RU 2013108395/28A RU 2013108395 A RU2013108395 A RU 2013108395A RU 2525684 C1 RU2525684 C1 RU 2525684C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- mems
- current leads
- wire
- welding
- contact
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 29
- 238000003466 welding Methods 0.000 claims abstract description 27
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 17
- 239000010931 gold Substances 0.000 claims abstract description 12
- 239000010453 quartz Substances 0.000 claims description 10
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 abstract description 8
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 abstract description 7
- 238000009434 installation Methods 0.000 abstract description 5
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 abstract description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 2
- 230000005611 electricity Effects 0.000 abstract 1
- 239000011651 chromium Substances 0.000 description 4
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000013256 coordination polymer Substances 0.000 description 2
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 2
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 2
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 2
- 238000004377 microelectronic Methods 0.000 description 2
- 239000005416 organic matter Substances 0.000 description 2
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 2
- 238000005476 soldering Methods 0.000 description 2
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 1
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 1
- 230000000712 assembly Effects 0.000 description 1
- 238000000429 assembly Methods 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 1
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 1
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 238000010892 electric spark Methods 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 230000035939 shock Effects 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Micromachines (AREA)
Abstract
Использование: область микроэлектроники, а именно сборка микроэлектромеханических устройств и систем (МЭМС) на основе пьезоэлектрического кварца. Технический результат: повышение надежности функционирования в условиях высоких комплексных внешних воздействий. Сущность: способ включает выполнение на контактных площадках первичного преобразователя (ПП) кристаллического типа объемных токовыводов (ОВ) методом термозвуковой микросварки с последующей установкой ПП на плату вторичного преобразователя МЭМС. При этом предварительно осуществляют высокотемпературную сборку ПП, состоящего из чувствительного элемента ЧЭ и других функциональных элементов МЭМС, которую проводят при температуре не более 500°C, после чего к объемным токовыводам, выполненным на контактных площадках ПП, изготовленных из чередующихся металлических слоев Cr - Au толщиной не более 0,4 мкм, приваривают токовыводы в виде проволоки из золота методом контактной сварки. Затем полученный указанным образом ПП присоединяют сформированными токовыводами в виде проволоки методом контактной сварки к контактным площадкам вторичного преобразователя (ВП) МЭМС. 2 ил.
Description
Предлагаемое изобретение относится к области микроэлектроники, а именно к способам сборки микроэлектромеханических устройств и систем (МЭМС) на основе пьезоэлектрического кварца.
В данной области техники существует проблема надежности функционирования МЭМС, вызванная ограничением величины внешних (ударных, энергетических и иных) воздействующих факторов.
В качестве базовых способов сборки МЭМС используются технологические приемы микроэлектроники, основанные на электрических соединениях методами микросварки или пайки.
Известен в качестве прототипа способ сборки гибридных микросборок, включающий монтаж кристаллов, являющийся первичным преобразователем (ПП) на плату гибридной микросборки, служащей вторичным преобразователем (ВП), при этом перед монтажом на контактных площадках (КП) кристаллов (ПП) сформированы методом термокомпрессионной сварки объемные (булавообразные) выводы (ОВ), припаиваемые на предварительно облуженные КП гибридной микросборки (ВП) (а.с. №1496565, МПК H01L 21/50, публ. 08.10.1987 г.).
К недостаткам известного способа относятся недостаточно высокая теплопроводность сборки, наличие паяных соединений, которые подвержены деструкции при внешних высокоэнергетических воздействиях, в которых эксплуатируются МЭМС, ограничение ремонтоспособности сборок, невысокий уровень интеграции элементов МЭМС, ограниченный свойствами паяных соединений.
Задачей авторов изобретения является разработка способа сборки МЭМС, обеспечивающего высокую надежность функционирования МЭМС в условиях высоких комплексных внешних воздействий.
Технический результат изобретения заключается в повышении надежности функционирования МЭМС за счет гарантированного монтажа, основанного на надежном электрическом соединении всех КП элементов МЭМС на основе пьезоэлектрического кварца и в повышении ремонтоспособности МЭМС.
Указанная задача и новый технический результат обеспечиваются тем, что в известном способе сборки МЭМС, включающем выполнение на контактных площадках первичного преобразователя (ПП) кристаллического типа объемных токовыводов (ОВ) методом термозвуковой микросварки с последующей установкой ПП на плату вторичного преобразователя МЭМС, согласно предлагаемому изобретению предварительно осуществляют высокотемпературную сборку ПП, состоящего из чувствительного элемента ЧЭ и других функциональных элементов МЭМС на основе пьезоэлектрического кварца, которую проводят при температуре не более 500°C, после чего к объемным токовыводам (ОВ), выполненным на контактных площадках, изготовленных из чередующихся слоев Cr - Au толщиной не более 0,4 мкм, приваривают токовыводы в виде проволоки из золота методом контактной сварки, затем полученный указанным образом ПП присоединяют сформированными токовыводами в виде проволоки методом контактной сварки к контактным площадкам вторичного преобразователя (ВП) МЭМС.
Предлагаемый способ сборки МЭМС заключается в следующем.
На фиг.1 изображен вид КП устройства ПП со сформированной системой ОВ, где 1 - объемные выводы сферической формы.
На фиг 2 изображен общий вид сборки МЭМС, где 1 - первичный преобразователь (ПП); 2 - вторичный преобразователь (ВП); 3 - контактная площадка (КП) чувствительного элемента (ЧЭ) ПП; 4 - объемные выводы (ОВ) сферической формы; 5 - проволочные токовыводы из золота; 6 - контактная площадка (КП) ВП.
Перед сборкой МЭМС на КП изготовленного кварцевого ЧЭ ПП, имеющего заданную конструкцию и топологию с напыленными чередующимися металлическими слоями Cr - Au толщиной не более 0,4 мкм, формируют ОВ из золотой проволоки.
Проволока, выходящая из капилляра установки ультразвуковой сварки, расплавляется при помощи электрического разряда до получения шарика, который приваривается к КП кварцевого ПП. Проволока отрывается у основания ОВ. В результате на КП получается золотой ОВ сферической формы.
ЧЭ со сформированной системой токовыводов сферической формы собирают в ПП в условиях высокотемпературной обработки при температуре около 500°C. Данная операция приводит к изменению состава КП, а именно после сборки в составе КП ПП происходит увеличение относительного массового содержания кислорода в составе пленки золота, диффузия хрома в пленку золота, которые приводят к ухудшению или полному отсутствию сварки проволочных токовыводов на КП ПП. Чтобы избежать проявления указанных негативных факторов и предусмотрено формирование ОВ до процесса сборки измерительного блока ПП.
После высокотемпературной сборки, в зонах КП (фиг.2, позиция 3), к сформированным сферическим ОВ (фиг.2, позиция 4) осуществляют контактную сварку проволочными токовыводами из золота (фиг.2, позиция 5). Собранный таким блок ПП присоединяют приваренными проволочными токовыводами методом контактной сварки к КП ВП (фиг.2, позиция 6).
Последовательность операций при сборке МЭМС по предлагаемому способу следующая:
1. Химическая обработка кварцевого ПП.
2. Формирование ОВ сферической формы из золота методом термозвуковой сварки на КП кварцевого ЧЭ ПП.
3. Сборка ПП при температуре 500°C.
4. Контактная сварка проволочных токовыводов из золота к сформированным ОВ.
5. Соединение контактной сваркой проволочных токовыводов из золота с КП ВП.
Формирование ОВ до сборки блока ПП позволяет локально, избирательно, с высокой адгезионной прочностью в нужной точке на КП ПП увеличить толщину золота, не изменяя электрических параметров ПП, и минимизировать увеличение относительного массового содержания Wt% кислорода и диффузию хрома в пленку золота, которые приводят к снижению надежности сварного соединения ПП с ВП в составе МЭМС.
Таким образом, использование предлагаемого способа позволяет повысить надежность функционирования МЭМС за счет обеспечения гарантированного соединения всех контактных площадок элементов МЭМС из-за замены традиционной пайки методами микросварки и обеспечить повышение их ремонтоспособности и высокий уровень интеграции элементов МЭМС.
Пример 1. На партии ЧЭ 1111 в количестве 6 шт. было проведено 60 сварных соединений (по 10 сварных соединений на каждом) на установке ультразвуковой сварки УС.ИММ-5. Процесс сварки начинается с формирования шарика из золотой проволоки марки кр.Зл.99,99-0,04Т. Золотая проволока направляется в область сварки вертикально через сварочный инструмент для осуществления метода термозвуковой микросварки. Конец проволоки (ось вывода перпендикулярна плоскости КП) предварительно оплавляется с помощью электроискрового генератора, образуя шар. Затем сварочный инструмент опускается на поверхность КП ЧЭ ПП. Шар под давлением деформируется и принимает форму полусферы. При этом нижняя поверхность шара образовывает сварное соединение с материалом КП ПП. Относительная деформация шара при образовании качественных соединений составляет 50-60%. Тепло в зону сварки подводят путем нагрева рабочего инструмента до заданной температуры (порядка 100-120°C), что экспериментально показано для улучшения качества сварки.
Для формирования ОВ сферической формы значения параметров термозвуковой сварки устанавливают таким образом, что после формирования ОВ и выполнения процесса сварки отрыв проволоки произошел в заданном месте (в зоне соединения шара с проволокой). Диаметр сформированного ОВ составляет 2-3 диаметра золотой проволоки. На каждой КП ЧЭ формируют необходимое для соединения с имеющимся количеством элементов МЭМС (в данном случае -5) ОВ. Проводится сборка ПП, состоящая из ЧЭ и функциональных или конструктивных элементов на основе пьезоэлектрического кварца при температуре 500°C.
На ОВ привариваются токовыводы из золотой проволоки кр.Зл.99,99-0,04Т контактной сваркой. Режимы сварки подбираются, исходя из условий получения максимальной прочности сварных соединений. Токовыводы из золотой проволоки привариваются контактной сваркой к КП ВП. Этот способ сборки обеспечивает возможность в случае необходимости замены вышедшего из строя ПП, произвести ремонт МЭМС путем отрыва токовыводов от ПП и его замены без повреждения МЭМС, что не предусмотрено в прототипе.
Применение данного способа сборки повысило надежность функционирования МЭМС за счет гарантированного монтажа, основанного на надежном электрическом соединении ГШ на основе пьезоэлектрического кварца, собранного из функциональных элементов при температуре не более 500°С с ВП методами микросварки, и повысило ремонтоспособность МЭМС.
Claims (1)
- Способ сборки микроэлектромеханических устройств (МЭМС), включающий выполнение на контактных площадках первичного преобразователя (ПП) кристаллического типа объемных токовыводов (ОВ) методом термозвуковой микросварки с последующей установкой ПП на плату вторичного преобразователя МЭМС, отличающийся тем, что предварительно осуществляют высокотемпературную сборку ПП, состоящего из чувствительного элемента (ЧЭ) и других функциональных элементов МЭМС на основе пьезоэлектрического кварца, которую проводят при температуре не более 500°C, после чего к объемным токовыводам (ОВ), выполненным на контактных площадках, изготовленных из чередующихся слоев Cr - Au толщиной не более 0,4 мкм, приваривают токовыводы в виде проволоки из золота методом контактной сварки, затем полученный указанным образом ПП присоединяют сформированными токовыводами в виде проволоки методом контактной сварки к контактным площадкам вторичного преобразователя (ВП) МЭМС.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2013108395/28A RU2525684C1 (ru) | 2013-02-26 | 2013-02-26 | Способ сборки микроэлектромеханических устройств |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2013108395/28A RU2525684C1 (ru) | 2013-02-26 | 2013-02-26 | Способ сборки микроэлектромеханических устройств |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2525684C1 true RU2525684C1 (ru) | 2014-08-20 |
Family
ID=51384586
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2013108395/28A RU2525684C1 (ru) | 2013-02-26 | 2013-02-26 | Способ сборки микроэлектромеханических устройств |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2525684C1 (ru) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2751605C1 (ru) * | 2020-09-04 | 2021-07-15 | Александр Владимирович Подувальцев | Способ монтажа проволочных проводников к контактным площадкам полупроводниковых приборов |
| RU2800791C2 (ru) * | 2019-01-15 | 2023-07-28 | Иксо Имэджинг, Инк. | Синтетические линзы для систем ультразвуковой визуализации |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU1496565C (ru) * | 1987-10-08 | 1995-06-09 | Варламов Анатолий Александрович | Способ монтажа кристаллов на облуженные платы микросборок |
| SU1802652A1 (ru) * | 1990-02-05 | 1996-04-20 | Научно-исследовательский технологический институт | Способ изготовления микросборки |
| US6489178B2 (en) * | 2000-01-26 | 2002-12-03 | Texas Instruments Incorporated | Method of fabricating a molded package for micromechanical devices |
| US7122905B2 (en) * | 2002-02-12 | 2006-10-17 | Micron Technology, Inc. | Microelectronic devices and methods for mounting microelectronic packages to circuit boards |
-
2013
- 2013-02-26 RU RU2013108395/28A patent/RU2525684C1/ru active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU1496565C (ru) * | 1987-10-08 | 1995-06-09 | Варламов Анатолий Александрович | Способ монтажа кристаллов на облуженные платы микросборок |
| SU1802652A1 (ru) * | 1990-02-05 | 1996-04-20 | Научно-исследовательский технологический институт | Способ изготовления микросборки |
| US6489178B2 (en) * | 2000-01-26 | 2002-12-03 | Texas Instruments Incorporated | Method of fabricating a molded package for micromechanical devices |
| US6858910B2 (en) * | 2000-01-26 | 2005-02-22 | Texas Instruments Incorporated | Method of fabricating a molded package for micromechanical devices |
| US7122905B2 (en) * | 2002-02-12 | 2006-10-17 | Micron Technology, Inc. | Microelectronic devices and methods for mounting microelectronic packages to circuit boards |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2800791C2 (ru) * | 2019-01-15 | 2023-07-28 | Иксо Имэджинг, Инк. | Синтетические линзы для систем ультразвуковой визуализации |
| RU2751605C1 (ru) * | 2020-09-04 | 2021-07-15 | Александр Владимирович Подувальцев | Способ монтажа проволочных проводников к контактным площадкам полупроводниковых приборов |
| WO2022050873A1 (ru) * | 2020-09-04 | 2022-03-10 | Алексей Александрович ПОДУВАЛЬЦЕВ | Способ монтажа проволочных проводников к контактным площадкам полупроводниковых приборов |
| AT525920A1 (de) * | 2020-09-04 | 2023-07-15 | Aleksandrovich Poduvaltsev Aleksei | Montageverfahren von drahtleitern an anschlussflächen von halbleitergeräten |
| AT525920B1 (de) * | 2020-09-04 | 2024-02-15 | Aleksandrovich Poduvaltsev Aleksei | Montageverfahren von drahtleitern an anschlussflächen von halbleitergeräten |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP2007227893A (ja) | 半導体装置の製造方法 | |
| KR20120116373A (ko) | 반도체 장치의 제조 방법 | |
| CN101859733B (zh) | 半导体封装构造、半导体封装构造用载板及其制造方法 | |
| CN103017197B (zh) | 一种无引线封装薄膜桥发火器的制造方法 | |
| RU2525684C1 (ru) | Способ сборки микроэлектромеханических устройств | |
| CN103575589A (zh) | 侦测金属化***中的异常弱beol部位 | |
| CN101527287A (zh) | 打线结构及其制作方法 | |
| EP1367644A1 (en) | Semiconductor electronic device and method of manufacturing thereof | |
| JP2009099637A (ja) | 回路基板、半導体装置、および半導体装置の製造方法 | |
| KR20180111215A (ko) | 스폿 용접을 이용한 프로브 핀의 조립 방법 및 여기에 사용되는 프로브 핀의 전기-저항 용접 시스템 | |
| RU2539999C1 (ru) | Способ изготовления термопары | |
| CN103957663A (zh) | 一种组装板间中空焊柱垂直互联结构及制作方法 | |
| CN102789995B (zh) | 制作金属凸块与熔接金属的制程方法 | |
| US20080293235A1 (en) | Compound wirebonding and method for minimizing integrated circuit damage | |
| CN207529908U (zh) | 一种焊点焊接质量监控*** | |
| RU2734854C1 (ru) | Способ термозвуковой микросварки многокристальных модулей | |
| Schuleit et al. | Micro laser welding of NiTi shape memory wires and printed circuit boards | |
| CN111682008A (zh) | 用于制造包括固定到引线框架的裸片的集成设备的方法 | |
| JP2007335652A (ja) | 半導体装置、回路基板及びそれらの製造方法 | |
| CN101969033A (zh) | 将导线电连接至集成电路芯片的焊盘的方法及电子器件 | |
| TWI566346B (zh) | Flip chip packaging method | |
| JP2007250999A (ja) | 半導体装置の製造方法 | |
| US12070812B2 (en) | Method for connection by brazing enabling improved fatigue resistance of brazed joints | |
| CN109526155B (zh) | 一种焊点虚焊的制作方法 | |
| RU2509638C1 (ru) | Способ изготовления металлических многослойных панелей |