BENEMÉRITA UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE PUEBLA FACULTAD DE CIENCIAS DE LA ELECTRÓNICA Diseño y construcción de un sistema de Micro Soldadura Ultrasónica. TESIS PARA OBTENER EL TITULO DE LICENCIADO EN ELECTRÓNICA QUE PRESENTA CESAR GIL DE ITA ASESORES: MTRO. RODOLFO FERNANDO PORRAS SÁNCHEZ. DR. SALVADOR ALCÁNTARA INIESTA. PUEBLA, PUE. NOVIEMBRE DE 2009. CONTENIDO Pag. INTRODUCCIÓN 1 ANTECEDENTES 1 OBJETIVO GENERAL 2 OBJETIVOS PARTICULARES 2 CAPÍTULO 1. LA SOLDADURA CON ULTRASONIDO 3 1.1. Qué es el ultrasonido 3 1.2. Tipos de Transducción Ultrasónica 4 1.3. El transductor magnetostrictivo 6 1.3.1. Principio de operación 6 1.3.2. Ecuaciones características del transductor 9 1.3.2.1. Características estáticas 9 1.3.2.2. Características dinámicas 10 1.4. Principales aplicaciones del ultrasonido 12 1.5. La Microsoldadura de Circuitos Integrados 13 1.5.1. Sujeción de un dado de silicio o Circuito Integrado a su base 14 1.5.2. Microsoldadura del dado a la base 16 1.5.3. Técnicas de micro soldado 17 1.5.3.1. Soldadura por termocompresión 17 1.5.3.2. Soldadura por ultrasonido 18 1.6. Máquina microsoldadora comercial 22 II 1.7. Etapas de operación de una máquina microsoldadora 23 1.8. Parámetros de la microsoldadura 24 CAPITULO 2. DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN PROTOTIPO DE MICROSOLDADORA ULTRASÓNICA 26 2.1. Caracterización del transductor magnetostrictivo 26 2.2. Diseño de los bloques del sistema 27 2.3. Características de las etapas que integrarán el sistema 27 2.4. Construcción de los bloques del sistema 29 2.5. Integración de las etapas 37 CAPITULO 3. CARACTERIZACIÓN DEL SISTEMA, PRUEBAS Y RECOPILACIÓN DE PARÁMETROS DE OPERACIÓN 47 3.1. Primer prueba de microsoldadura y observación de comportamiento 47 3.2. Detección y corrección de errores 50 3.3. Determinación de los parámetros óptimos de operación 51 CAPITULO 4. CONCLUSIONES 52 BIBLIOGRAFÍA 53 ANEXO 1 ICL8038 ANEXO 2 MC1496 ANEXO 3 LM675 ANEXO 4 Diagrama Eléctrico III INTRODUCCIÓN Los estudios científicos y desarrollos novedosos en dispositivos semiconductores, forman parte de la vida cotidiana en centros de investigación como el INAOE, CINVESTAV y el Centro de Investigación en Dispositivos Semiconductores(CIDS) de la UAP, entre otros; en ellos se desarrolla microelectrónica como parte de sus estudios, es decir, desarrollan electrónica aplicada con dispositivos micrométricos en circuitos integrados; el diseño de sensores y circuitos integrados, microestructuras en silicio y depósito de materiales son algunas de las investigaciones en el CIDS, lo cual implica la necesidad de caracterización de estos dispositivos micrométricos a través de contactos eléctricos de estas dimensiones. En el desarrollo de los procesos tecnológicos para la obtención de sensores y circuitos integrados en obleas de silicio existen varias etapas que van desde la oxidación, fotograbado, difusión atómica hasta el cortado de la oblea. Para la caracterización y empaquetado de los mismos, es imprescindible conectar las zonas de contacto del dado a las terminales de las bases a través de la microsoldadura. Éste trabajo se centra en la etapa de soldadura de un microcircuito a la base DIP o TO, que en el argot electrónico comúnmente se le llama microsoldadura; esta consiste en realizar un contacto eléctrico entre el pad (superficie de aluminio de aproximadamente 200 micrómetros cuadrados) del dado de silicio y la base tipo DIP o TO con un alambre de aluminio, de aproximadamente del grosor de un cabello, por medio de energía ultrasónica aplicada a la unión del alambre y al pad. El principio de la microsoldadura, consiste en que la energía ultrasónica aplicada por medio de un transductor magnetostrictivo, permite romper las capas de óxido del pad y del alambre al frotarlos entre sí, al mismo tiempo que forma enlaces metálicos entre éstos. Los actores importantes para realizar una microsoldadura son: un generador de señal ultrasónica, un transductor, una aguja y un sistema que permita ajustar la altura y presión de la herramienta acoplada al transductor de ultrasonido. IV