Характеристика
Устройство дополнительного сжатия (УДС) предназначено для осуществления второго этапа гибридизации (соединения) матричных микросхем мегапиксельного формата, например матричных фотоприемных устройств ИК-диапазона формата 2048×2048 фотоэлементов (на первом этапе осуществляется позиционирование и соединение микросхем с малыми усилиями сжатия на Flip-Chip установках). Поскольку в гибридных ФПУ расстояние между соседними элементами составляет около 30 мкм и расстоянии между двумя соединяемыми микросхемами несколько микрон, при размере микросхем несколько сантиметров, то к устройству УДС предъявляются сверхвысокие требования по точности работы механических частей, при приложении механических усилий до 1000 кг. Основными принципами действия УДС был выбран подход самоустановки плоскопараллельности соединяемых кристаллов, и точки приложения усилия сжатия. Схематично принцип действия УДС иллюстрируется следующим рисунком:
Рис. 1. Схематическая конструкция устройства дополнительного сжатия. Здесь: 1 – осевой блок рычага давления; 2 - центрирующие прижимные детали; 3 - сапфировые диски; 4 – усилительный рычаг давления; 5 – пластическая прокладка самоустановки точки приложения усилия сжатия; 6 – боковые направляющие рычага давления. F – прилагаемое усилие сжатия.
Поскольку верхний сапфировый диск находится в свободном состоянии, то при сжатии микроконтактов микросхем за счет приложения усилия сжатия F к рычагу сжатия соединение микроконтактов происходит равномерно по площади. При этом точность соединения определяется только неровностью сапфировых дисков, которая в нашем случае не превышала 0,3 мкм. Отсутствие боковых усилий, которые могли бы привести к смещению микросхем в процессе приложения усилия сжатия до 1000 кг обеспечивается тем, что лунка приложения усилия к сферическому элементу формируется непосредственно в процессе сжатия в пластической прокладке. Таким образом обеспечивается самоустановка силовых элементов УДС. Практическая реализация УДС показана на рис.2.
Приложение величины усилия сжатия и измерение его величины осуществлены на основе компонентов фирмы Camozzi: пневмопоршня, диаметром 100 мм (на фотографии – справа, внизу) и элементов регулировки и измерения давления сжатого воздуха.
Основные технические характеристики
Максимальное усилие сжатия – до 1500 кг;
Минимальное усилие сжатия – от 100 кг;
Неплоскостность сапфировых элементов сжатия – не более 0,3 мкм;
Разсовмещение микросхем в процессе гибридизации – не более 1 мкм.
Технико-экономические преимущества
Аналогом разработанного УДС является сборочный пресс LDP150 фирмы Safrodir (Франция). При тех же технических характеристиках стоимость этого пресса на порядок больше разработанного нами.
Рис. 2. Устройство дополнительного сжатия микросхем.
Кроме того его размеры и вес также на порядок больше, что значительно усложняет его транспортировку и переустановку. На предлагаемый пресс разработан полный комплект конструкторской документация устройства УДС в системе AutoCAD. Изготовлен опытный образец устройства. Для проверки качества соединения контактов предлагается использовать специальные тестовые структуры. Конечным результатом процесса сборки широкоформатных матриц является соединение всех встречных микроконтактов гибридной микросхемы – микроконтактов фотоприемной матрицы и кремниевого коммутатора. Общее количество микроконтактов достигает нескольких миллионов.
