TESIS LICENCIADO EN ELECTRÓNICA BENEMÉRITA UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE PUEBLA

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