Устройство для ультразвуковой сварки
УСТРОЙСТВО ДЛЯ УЛЬТРАЗВУКОВОЙ СВАРКИ проволочных выводов к контактным площадкам полупроводниковых приборов и полосковых плат, содержащее инструмент, выполненный в виде стержня со срезом части рабочего торца и центральным отверстием, в котором размещена проволока, о тличающееся тем, что, с целью расширения технологических возможностей , срез выполнен в виде лыски , ширина которой В 0,5 D-t-(d+5-10 )J мкм, а высота Н (dpp +5-10 мкм, где D - диаметр рабочего торца; d - диаметр центрального от}зерстия; dnp - диаметр проволоки. ud
СОЮЗ СОВЕТСНИХ
COII
РЕСПУБЛИК ()З А (1c9 (И) Зев В 23 К2010
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР
Il0 ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ABTOPCHOIVlV СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3501510/25-27 (22) 15. 10. 82 (46) 30. 05. 84. Г>юл. У 20 (72) Ю.М. Зак и В.Н. Копылов (53) 621. 791. 763. 1. 057 (088. 8) В (56) 1. ОСТ 409. 017. 4-79 (прототип) . (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УЛЬТРАЗВУКОВОЙ СВАРКИ проволочных выводов к контактным площадкам полупроводниковых приборов и полосковых плат, содержащее инструмент, выполненный в виде стержня со срезом части рабочего торца и центральным отверстием, в котором размещена проволока, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения технологических возможностей, срез выполнен в виде лыски, ширина которой В = 0,5(D+(d+5†!0)7 мкм, а высота Н = (d„< +5†мкм, где 33 — диаметр рабочего торца; — диаметр центрального отверстия; <Р— диаметр проволоки.
1094703
Изобретение относится к области микроснарки и может быть испольэо10
20
30
45
55 ть нано при монтаже полупроводниковых приборов.
В настоящее время в гибридно-интегральных СВЧ-модулях широко применяются бескорпусные полупроводниковые компоненты, в частности полевые транзисторы, выполненные в виде кристаллов.
В связи со спецификой техноЛогии изготовления гибридно-интегральных
СВЧ-модулей "см" диапазона монтаж кристаллов активных элементов, например, полевых транзисторов производится на платы, предварительно припаянные металлиэированной экранной стороной к корпусу модуля. При этом, с целью исключения понреждений транзисторов в процессе монтажа на полосковые платы других навесных компонентов установка этих кристаллов осуществляется в последнюю очередь. С целью реализации электрических характеристик радиоэлектронных устройства "см" диапазона выводы транзистсров должны иметь минимальную паразитную индуктивность, которая при одном и том же диаметре зависит от длины вывода. Поэтому метод присоединения выводов должен обеспечивать возможность получения их минимальной длины, которая реализуется только при соединении вывода с контактной площадкой платы встык, а с контактной площадкой внахлестху (фиг. 1). Сварка встык обеспечинается путем предварительного оплавления конца проволоки, который при этом приобретает форму шарика диаметром, равным 2 5-3 диаметрам проволоки с последующей приваркой его к контак ной площадке платы. При этом длина вывода, определяющая его паразитную индуктивность, будет меньше на высоту шарика Ь
Известно устройство для ультразву ковой сварки проволочных выводов к контактным площадкам полупроводниковых приборов и полосковых плат, выполненное в виде стержня со срезом части рабочего торца и центральным отверстием, в котором размещена проволока f1).
Недостатком известного инструмента является невозможность осущестнля сварку встык.
Цель изобретения — расширение технологических возможностей, Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для ультразвуковой сварки проволочных выводов к контактным площадкам полупроводниковых приборов и полосковых плат, содержащее инструмент, выполненный в виде стержня со срезом части рабочего торца и центральным отверстием, в котором размещена проволока, срез выполнен в виде, лыски, ширина которой В = 0,5(D+(d+5-10)) мкм, а высота Н = (dä +5-10) мкм, Пр где 3) — диаметр рабочего торца, d — диаметр центрального отверстия;
clop — диаметр проволоки.
На фиг. 1 изображен инструмент, общий вид; на фиг. 2 — узел на фиг. 1, на фиг. 3 — схема сварки инструментом; на фиг. 4 — изделие, свариваемое предлагаемым устройством; на фиг. 5 — узел ? на фиг. 1 (вариант); на фиг. 6 — схема сварки с исключением активной зоны транзистора, на фиг. 7 — схема сварки с унеличенной высотой лыски.
Ширина лыски выбирается исходя из двух условий., С одной стороны она должна обеспечивать исключение касания инструментом активной зоны транзистора, т.е. при сварке торец инструмента не должен выходить за пределы контактной площадки, к которой приваривается вывод. При этом минимальная ширина лыски должна быть равной О, ф + (d+5)7 мкм (фиг. 3) .
С другой стороны увеличение ширины лыски приводит к уменьшению размеров деформируемой зоны проволоки и, следовательно, к снижению прочности сварного соединения (фиг. 5).
Поэтому максимальная ширина лыски должна быть не более 0,5(0 +(d+
+10)J мкм. При увеличении ширины лыски относительно приведенного размера уменьшается площадь рабочего торца инструмента, что, в конечном итоге, приводит к увеличению степени деформации проволоки в месте сварки и, как следствие, к недопустимому снижению прочности сварного соединения.
В табл. 1 приведены значения усилий разрыва Ррсварных соединений для проволоки 20 и 30 мкм при различных значениях ширины. лыски.
Из табл. 1 видно, что при увеличении ширины лыски на 15 мкм от номиТаблица 1
Место разрушения сварного соединепр, мкм
D, мкм d, мкм В, мкм a=D-в, мкм ния
2,4
По проволоке
77
120
2,1
33
28
По шейке
23
78
6,0
По проволоке
122
200
68
5,6
132
4,7
По шейке
137
3 9
142 нального значения прочность сварного соединения для проволоки 20 и
30 мкм снижается соответственно в
1,6 и 1,5 раза.
Минимальная высота лыски должна быть такой, чтобы исключить касание задней кромкой инструмента активной зоны транзистора (фиг. 6 и табл. 2).
В табл. 2 показана зависимость высоты лыски от угла с(, наклона инструмента для различных диаметров проволоки. Как отмечалось выше, наклон . инструмента необходим для обеспечения пережима проволоки с целью облегчения ее отрыва. Из табл. 2 видно, что для исключения касания инструментом активной зоны транзистора минимальная высота лыски для любого диаметра проволоки должна быть на 2,5 мкм больше диаметра проволоки. С целью обеспечения гарантированного зазора и с учетом допусков на изготовление инструмента высота лыски принимается равной Н = (d +5-10) мкм.
Р
Увеличение высоты лыски на качество сварного соединения внахлестку не влияет. Однако оно влияет на прочность сварного соединения встык.
Объясняется это тем, что при увеличении высоты лыски деформируется только часть шарика (фиг. 7), вследствие чего и снижается прочность сварки. Примером конкретного исполнения инструмента для ультразвуковой
094703 4 сварки выводов иэ золотой проволоки 30 мкм к контактным площадкам полосковой платы и кристалла полевого транзистора СВЧ модуля является инструмент, показанный на фиг. 6 и 7.
Инструмент представляет собой стержень длиной !2 мм и 1 1,6 мм, изготовленный из сплава ВК6-М. По
1п оси стержня имеется отверстие 0,8 мм на длину 11, переходящее в отверстие ф 0,045 мм для выхода, проволоки. При переходе к рабочему торцу инструмента 4 16 мм под углом о
30 переходит в ф 0,2 мм. На торце инструмента имеется лыска шириной
125 мкм и высотой 40 мкм.
При сварке встык укаэанным инструментом выводов ф 30 мкм к контактным площадкам платы, покрытой золотом 3 мкм, прочность сварных соединений составляет около 7,5 Г. При свар-ке внахлестку этих выводов к контактным площадкам стока, истока и затвора транзистора, покрытым золотом 0,5 мкм, прочность сварных сое-. динений составляет около 6 Г.
Эффект по сравнению с известным устройством, взятым в качестве базового объекта, достигается за счет обеспечения воэможности сварки внахлестку и встык одним инструментом и увеличения выхода годных транзисторов.
Т а б л и ц а 2
В, мкм 1„, мкм
30
О, мкм
120
200
230
d, мкм
55
10
15
Фиг. Р
77
122
122
142
142
Н, мкм
13,5
20,5
21,5
32,5
25,0
37,9
1094703
1094703
Составитель А. Анохов
Редактор Н. Джуган Техред А.Бабинец Корректор А.Ильин
Заказ 3491/7 Тираж 1037 Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий
113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5
Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4
