Инструмент для ультразвуковой микросварки

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СЭИ НЕЛЬСТВУ

Союз Советскмк

Сецмалмстмческик

Реалублнк (61) Дополнительное к авт. саид-ву— (22) Заявлено 300480 (21) 2919665/28-27 с присоединением заявки ¹ (23) Приоритет—

Опубликовано 30.12.81 Ьюллетеиь Но 48

Дата опубликования описания 3 012.81 (5!)М. Кл.

В 23 К 20/10

1осударственный комитет

СССР но делам изобретений и открытий (53) УДК 621. 791 ° . 16. 037 (088 ° 8) И.М.Питиримов, Н.М.Ионина, Н.И.Нефедов и F..Н.Яшнова (22) Лвторы изобретения (71) Заявитель (54) ИНСТРУМЕНТ ДЛЯ УЛЬТРАЗВУКОВОЙ

МНКР0СВАРКН

Устройство относится к технологии производства изделий электронной техники, а именно к инструментам для микросварки проволочных выводов к контактным площадкам интегральных схем.

Инструмент может быть использован в техпроцессах производства миниатюрных изделий в радиотехнической промышленности.

Известен инструмент для ультразвуковой микросварки алюминиемой или золотой проволоки для создания выводов при монтаже полупроводниковых приборов и ИС, изготовленный из твер- l5 дого сплава на основе карбида вольфрама или карбида титана p=) .

Основным недостатком такого инструмента является пористость íà его рабочей поверхности. Пористость обус- Ю ловлена технологией изготовления твердого сплава (смешивание порошков исходных материалов, гтрессование заготовок, спекание) и колеблется в пределах от0,1 до 0,8Ъ. Пористость на ра-25 бочей поверхности приводит к тому, что в процессе сварки привариваемая проволока забивает поры на рабочей поверхности инструмента. Вследствие этого сварочное соединение или ос- 3Q лабляется до недопустимых величин, или отрывается совсем при выводе инструмента в нерабочее (исходное) положение.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому изобретению является инструмент для ультразвуковой микросварки, преимущественно Ilpoволочных выводов полупроводниковых приборов, выполненный на основе твердого сплава с покрытием на рабочей поверхности (2) .

Покрытие содержит неметаллическую фазу титана и позволяет увеличить стойкость инструмента при сварке.

Однако такой инструмент имеет повышенную пористость, что обуславливает адгезию материала проволоки к свариваемой поверхности, а это отрицательно сказывается на качестве сварочного соединения.

Цель изобретения — повышение качества сварного. соединения и увеличение стойкости инструмента при увеличении скорости подачи инструмента.

Поставленная цель достигается тем, что в инструменте для ультразвуковой микросварки, преимущественно l1poBGлочных выводов полупроводниковых при833466

55

1 Г

Вариант борон, вьп1олненный на основе твердого сплава с покрытием на рабочей поверхности, покрытие выполнено н ниде металлической фазы молибдена с распределенными в ней неметаллическими фазами диборида титана и борида молибдена.

На фиг.1 показана часть инстру узнта с покрытием на рабочей площад1 . л ке, на фиг.2 — схема получения инструмента.

Нанесение покрытия на эаготонки осущестнляется путем ионно-лучевого напыления при использонании вакуум. ной установки с источником ионов ИИ-4-0,15.

При покрытии инструмента (фиг.1)

-в вакуумном устройстве 1 из источника 2 подают поток иониэиронанного инертного газа (аргона, гелия), который, достигнув мишени 3 с размещенными на ней пластинами диборида титана 4 и молибдена 5, выбивает атомы титана, молибдена и бора, осаждающиеся на поверхности заготовок.

Ионизиронанные атомы, достигнув с высокой энергией поверхности инструмента, образуют Фазы TiBy., MoB u

Мо.

Практически подобрано, что площадь поверхности из диборида титана должна превышать площадь поверхности из молибдена в 2,5-5 раз для получения в покрытии нужного соотношения компонентов.

Вследствие большой скорости испарения молибдена, он первым осаждается тонким слоем на поверхности инструмента. Рентгено-структурный анализ позволил определить фазы при дальнейшем нанесении покрытия, которое содер жит неметаллические компоненты в виде биборида титана и борида молибдена и металлическую компоненту из молибдена. Отмечается ранномерность осаждения компонентов и однородность их распределения н слое. Поверхность после покрытия становится матовой.

Оптимальная толщина слоя составляет 2-6 мкм, при меньшей толщи не покрытия снижается его эффективность, при большей толщине оно отсла инае=ся.

Покрытие, нанесенное путем ионнолучевого напыления, имеет мелкозернистую структуру, что.уменьшает его пористость и, следовательно, адгезию привариваемой проволоки и исключает задиры и повреждения последней н процессе сварки.

Площадь пластины из молибдена, Площаць пластины из диборида титана, мм

Наличие в состав» покрытия твердых диборида титана и борида молибцена повышает его износостойкость, наличие пластичного молибдена обеспечивает повышенную эффективность передачи ультраэвуконой энергии н зону сварки и повышает качество сварного соединения. Присутствие прослойки иэ молибдена повышает стойкость инструмента, так как она влияет на сцепляемость покрытия с основой инструмента, выполненного иэ твердого сплава н:. основе карбида вольфрама или карбида титана.Сам молибден обладает высокой индиферентностью к алюминиевой и золотой проволоке.

Пример. Проводится нанесение покрытия на заготовки инструмента, выполненные иэ твердого сплава ВК6, который состоит из днух фаз (94Ъ MC и 6% Со) с рабочей площадкой 90х90 мкм.

Заготовки инструмента в специальной камере помещаются в подколпачное устройство под мишенью, находящейся под углом 45 относительно Whnравления потока ионизированного газа. Нанесение слоя покрытия осуществляется при следующем режиме: ток на катушке соленоида 2А, ускоряющее напряжение 3 кВ, остаточное давление в рабочем пространстве

-%

5.10 мм.рт.ст., время обработки 2 ч, толщина слоя 3,5 мкм.

Состав покрытия может регулироваться соотношением площадей отдельных составляющих мишени.

Разработанный инструмент проходит испытания при ультразвуковой микросварке алюминйевой проволоки gf

20 мкм на высокопроизводительном автомате ОЗУН-7100. Осуществляется раэварка экспериментальным инструментом партии ИС с периодическим контролем качества и прочности на отрыв сварных соединений. Пористость покрытия определяется в процессе металлографического анализа.

Инструмент считается непригодным для дальнейшей работы в случае несоответствия образованных им сварных соединений требованиям существующей технологии, а также, если значение усилий отрыва сварных соединений составляет 50% от максимального значения.

Результаты испытаний сведены н таблицу.

5,1х8 7,1х11,1 3,2х5,1

18x2S 18х28 18х28

8934 i6

1!Подолжение т чблнцы нариаf

) 5

85

75 65

10 6

10,6

Усилие на отрыв, r

Пористость,%

Толщина слоя, мкм

0,015 0,015

3,5 3,5

0,015

3,5

180

140

200

Формула изобретения

Молибден н покрытии, вес.%

Твердые неметаллические фазы и покрытии, вес.%

Стойкость, тысяч сварных соединений

При уменьшении соотношения компо- . нентов диборида титана и борида молибдена (ТiВ +МоВ) по отношению к фазе из молибдена (Мо) более, чем в 1,9 раз (Й вариант) стойкость инструмента уменьшается на 30%, при увеличении этого соотношения более, чем в 5,5 раз (Е вариант) уменьшается прочность сварного соединения на 35%.

Инструмент для ультразвуковой мик.росварки позволяет повысить качество

:и воспроизводимость сварного соединения за счет оптимальной эффективности передачи ультразвуковой энергии в зону сварки, стабилизации размеров поверхности инструмента, отсутствия задиров и повреждения проволоки, а также увеличить стойкость инструмента за счет создания мелкопористой струк- З5 туры поверхности и получения пластичной прослойки из молибдена для сцепления покрытия с основой из твердого сплава.

Инструмент для ультразвуковой микросварки, преимущественно проволочных выводов полупроводниковых приборов, вы— полненный на основе твердого сплава с ,покрытием на рабочей поверхности, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения качества сварного соединения и увеличения стойкости инструмента при увеличении скорости подачи инструмента, покрытие на рабочей поверхности выполнено в виде металлической фазы молибдена с распределенными в ней неметаллическими фазами диборида титана и борида молибдена.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Назаров Г.В., Гревцев Н.В. Сварка и пайка в микроэлектронике, М., "Советское радио", 1969, с.163.

2. Грачев A.A.,Êoæåâíèêîâ А.П., Лебига В.A., Россошинский A.Ë. Ультразвуковая микросварка, N ° "Энергия", 1977 г. с.91 (прототип).

8934бб

Фиг.Г

Составитель В.Катин

Техред Т. Маточка Корректор M.лароши

Редактор А.Власенко

Заказ 11336/1б Тираж 1151 Подписное

BHHHIIH Государственного .комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, )Х-35, Раушская наб., д.4/5

Филиал ППП "Патент", г.ужгород, ул.Проектная,4