СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА 6/2016

ИНСТРУМЕНТЫ И ОБОРУДОВАНИЕ 18 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 6 2016 а б Рис. 3. Установка для разварки толстой проволокой Hesse Mechatronics BJ939 Рис. 4. Поверхность разварки: а – при использовании оптимизированных параметров инструмента; б – после 100 000 сварок зованы обычные медные пластины с чистой и гладкой поверхностью. Экс- периментыпроводились на автоматиче- ской установке разварки толстой прово- локой BJ939 (см. рис. 3) компанииHesse Mechatronics (Германия) с использова- нием разварочной головки для медной проволоки с тыльным расположением ножа для обрезки проволоки. Установ- ка BJ939 обеспечивает монтажное уси- лие до 4200 сН и имеет ультразвуковой генератор мощностью до 120 Вт. При проведении исследования на долговечность были выполнены еди- ничные операции разварки без фор- мирования петли (см. рис. 2 и 4). Исследование срока службы инструмента для разварки Ранее рассказывалось, что при использовании инструмента для раз- варки, взятого за образец, и при стан- дартных параметрах, рабочая часть инструмента изнашивается довольно быстро. В ходе этого исследования был разработан набор оптимизированных параметров для анализа ультразвуко- вого воздействия и усилия монтажа. Таким образом, удалось существенно сократить время разварки от перво- начальных ≥ 300 мс (стандартные пара- метры) до ≤ 200 мс. Несмотря на умень- шение времени разварки, её внешний вид и механические свойства не изме- нились. На рисунке 4 показано измене- ние качества разварки и степень изно- са с ростом количества сварок, причём также снижается стойкость к сдвигу проволочных соединений. Были также проведены испытания инструмента для разварки с наконеч- никами из других материалов (инстру- мент В), в частности из кермета (ком- позиционного материала на основе керамики в металлической матрице). Однако существенного увеличения срока эксплуатации выявлено не было. Наиболее выраженным было наруше- ние целостности поверхности матери- ала, в то время как истирание и пласти- ческая деформация оказались такими же, как и в случае применения стан- дартного инструмента из карбида вольфрама. Для подавления или, по крайней мере, снижения относительного дви- жения между инструментом для раз- варки и проволокой был предложен и исследован наконечник инструмента другой геометрической формы. Резуль- таты показали незначительное умень- шение износа и снижение вибраций в процессе разварки, однако значи- тельного снижения микропроскаль- зывания достичь не удалось. В срав- нении со стандартным инструментом, срок службы увеличился на 30%. Влияние износа инструмента на качество разварки Влияние износа инструмента на качество разварки является одним из важнейших вопросов. На рисунке 2 и рисунке 4 можно увидеть, что геомет- рия и поверхность разварки меняются из-за износа инструмента. Кроме того, когда износ достигает определённого уровня, инструмент начинает контак- тировать с подложкой микросхемы во время процесса разварки (см. рис. 4б), что препятствует дальнейшей дефор- мации сварного соединения и снижает эффективность усилия разварки. Это свидетельствует об окончании срока службы инструмента разварки. Частый контакт с площадкой в равной степе- ни снижает качество и усилие разварки. Эксперименты показали, что независи- мо от материала при достижении коли- чества сварок порядка 83 000–90 000 величина усилия на сдвиг сварного сое- динения снижается на 10%, что ухудша- ет прочность соединения. На рисунке 5а показаны пятно свар- ного соединения и поверхность после тестирования на сдвиг для нового инструмента, а на рисунке 5б – инстру- мент после 100 000 сварок (инструмент из карбида вольфрама, геометрия дан- ного инструмента схожа с образцовым инструментом с оптимизированны- ми параметрами). И хотя контактная поверхность в направлении инстру- мента на верхней стороне проволоки сокращается и имеет неправильную форму после 100 000 сварок, эффек- тивная площадь контакта под прово- локой остаётся практически такой же, как и при работе с новым инструмен- том. Очевидно, что усилия, действую- щего на проволоку, и ультразвукового контакта между инструментом и про- волокой по-прежнему достаточно для формирования устойчивой связи при данном уровне износа. Тем не менее, при дальнейшем уве- личении износа этот процесс будет меняться, и качество и прочность раз- варки будут снижаться. Следует отме- тить, что в то время как основные меха- низмы износа на подложках типа Direct Bonded Copper (DBC – прямая медная металлизация) одинаковы, усилие при разварке на DBC может различаться. Кроме того, полная настройка про- цесса при возникновении контакта инструмента во время разварки имеет большое значение. Если пятно развар- ки изначально сильно деформирова- но (например, из-за высокого усилия или долгого времени разварки), кон- тактирование инструмента происхо- дит очень быстро даже при небольшом износе инструмента. Влияние износа инструмента для раз- варки на качество разварки зависит от