Использование полимерных материалов на основе эпоксидных, кремнийорганический и полиэфирных смол для герметизации полупроводниковых приборов. Анализ состояния и свойств поверхности полупроводников. Герметизация корпусов контактной роликовой сваркой.
Аннотация к работе
Для защиты кристаллов полупроводниковых приборов и интегральных микросхем, кристаллов и подложек гибридных микросхем от воздействий внешней среды, стабилизации параметров, повышения срока службы и надежности осуществляют герметизацию в металлических, металлостеклянных, керамических, металлокерамических и пластмассовых корпусах. Наряду с защитой полупроводниковых приборов и микросхем помещением их в корпус применяют герметизацию полимерными оболочками. Разработка эффективных способов пассивации поверхности полупроводников пленками неорганических диэлектриков (оксидов, нитридов, легкоплавких стекол и др.), а так же различных полимерных компаундов и пресс порошков, обладающих высокими защитными свойствами, позволила широко использовать этот метод в производстве полупроводниковых приборов и микросхем. Источниками загрязнения поверхности полупроводниковых пластин, кристаллов являются: абразивные, смазочные и клеящие материалы, используемые при механической обработке; пыль, водяные пары, пары масел, попадающие из атмосферы производственных помещений; технологические среды (газы, вода, химические реактивы), в которых обрабатываются полупроводники, а также инструмент, оснастки, тара для переноса и хранения, с которыми они соприкасаются; материалы покрытий для защиты герметизации полупроводниковых приборов. Когда каретка доходит до крайнего положения и останавливается, прижим поднимается над корпусом, поворотный столик поворачивается на 90? против часовой стрелки, ролики раздвигаются, каретка начинает двигаться к оператору, прижим опускается на корпус и происходит сварка двух других параллельных сторон корпуса.
Введение
Технология производства полупроводниковых приборов - это техническая наука, занимающаяся изучением физико химических основ технологических процессов производства электронных приборов и закономерностей, действующих в процессе изготовления этих изделий.
Использование результатов исследований фундаментальных наук и доведение их до инженерного решения применительно к производству изделий электронной техники позволяют разрабатывать новые технологические процессы для серийного и массового изготовления.
Развитие прикладных наук в области получения чистых и сверхчистых материалов, нанесения покрытий, соединения различных материалов, электрофизических и электрохимических методов обработки способствовали совершенствованию полупроводниковой и пленочной технологии, особенно при производстве микросхем.
Повышение качеств изделий требует высокой технологической точности и дисциплины производства, своевременного анализа и корректировки технологического процесса, построения оптимального технологического процесса. Повышению качеств и стабильности технологических процессов, обеспечивающих массовое производство изделий с воспроизводимыми параметрами, способствует внедрение автоматизированных систем управления с полным исключением человека-оператора и его субъективного влияния на ход технологического процесса.
Создание высокопроизводительных машин и автоматических линий требует знания основ технологии производства, современных методов изготовления деталей и узлов, нанесения покрытий, получение электронно-дырочных переходов, сборки приборов и микросхем и т.п. Производство изделий электроники состоит из нескольких этапов, в результате проведения которых материалы превращаются в готовые изделия. Производственный процесс в электронном приборостроении состоит из: технологической подготовки производства; получения и хранения материалов и полуфабрикатов; технологического процесса изготовления деталей, сборки изделий; испытания готовых изделий; упаковки и хранения готовых изделий. Технологический процесс является той частью производственного процесса, во время которого непосредственно происходит последовательное качественное изменение состояние продукта производства. Проектирование технологического процесса ставит своей целью получение высококачественных изделий электронной техники, отвечающих техническим условиям и чертежам при высокой производительности и экономичности. Для защиты кристаллов полупроводниковых приборов и интегральных микросхем, кристаллов и подложек гибридных микросхем от воздействий внешней среды, стабилизации параметров, повышения срока службы и надежности осуществляют герметизацию в металлических, металлостеклянных, керамических, металлокерамических и пластмассовых корпусах. В отдельных случаях, особенно при защите активных и пассивных элементов гибридных микросхем, производят бескорпусную герметизацию. Наряду с защитой полупроводниковых приборов и микросхем помещением их в корпус применяют герметизацию полимерными оболочками. Разработка эффективных способов пассивации поверхности полупроводников пленками неорганических диэлектриков (оксидов, нитридов, легкоплавких стекол и др.), а так же различных полимерных компаундов и пресс порошков, обладающих высокими защитными свойствами, позволила широко использовать этот метод в производстве полупроводниковых приборов и микросхем. Герметизация приборов и микросхем полимерными оболочками требует гораздо меньших (в 2-4 раза) затрат, чем помещение их в металлические, стеклянные и металлокерамические, металлостеклянные и другие корпуса, и обеспечивает высокую механическую прочность и большую стойкость к вибрациям и ударам. Кроме того, использование полимерных оболочек позволяет получать полупроводниковые приборы с малым отношением объема прибора к объему его активной части.
Для герметизации полупроводниковых приборов и микросхем используют полимерные материалы на основе эпоксидных, кремнийорганических и полиэфирных смол, которые должны: · быть механически прочными, выдержать определенные ударные нагрузки, вибрацию и ускорение, а так же обладать термостойкостью в диапазоне от -60 до 150 С;
· быть химически стойкими к воздействию различных химических реактивов, применяемых при сборке приборов;
· не содержать примесей, ухудшающих параметры приборов;
· легко поддаваться формовке и иметь малую усадку при отверждении;
· быть дешевым;
· обеспечивать товарный вид изделия.
Стабильность параметров и надежность полупроводниковых приборов, герметизированных полумерами, определяются изменениями, которые происходят на поверхности полупроводника при проникновении влаги через полимерную оболочку, а также наличием примесей в полимерном материале и внутренним механическими напряжениями, возникающие в герметизирующем слое. Внутренние механические напряжения, возникающие в полимерной оболочке, обусловленные усадкой материала при отверждении и разностью значений коэффициентов температурного расширения полимера и полупроводникового материала, соответственно делит на усадочные и термические.
Усадка полимера при отверждении происходит вследствие испарения растворителя, если оболочку получают из раствора, или уплотнения, если отверждение происходит полимеризацией. Так, как в процессе усадки объем оболочки уменьшается, в ней могут возникнуть только напряжения растяжения. При охлаждении системы полупроводник-полимер, отвержденной при высокой температуре, возникают термические напряжения, также являющиеся напряжениями натяжения. Внутреннее механическое напряжения могут вызвать растрескивание и отслаивание полимерной оболочки от полупроводникового кристалла, то есть нарушение герметичности, возникновение механических напряжений в полупроводниковом кристалле, существенно влияющих на электрические характеристики p-n-переходов, нарушение монтажных межсоединений внутри полимерной оболочки и повышение ее газо - и влагопроницаемости.
Так как при длительной работе полупроводниковых приборов в полимерном материале могут протекать процессы старения, сопровождающиеся изменением его пластичности и прочности, необходимо использовать полимерные материалы, сохраняющие работоспособность в течение длительного времени. Чтобы обеспечить достаточную работоспособность полимерных оболочек и максимально уменьшить внутренние напряжения, необходимо процесс отверждения проводить при строго контролируемой температуре в наиболее благоприятном диапазоне.
Состояние и свойства поверхности полупроводников полупроводник герметизация полимерный сварка
Электрические параметры полупроводников, а также их способность работать в течение длительного времени во многом зависит от состояния и степени чистоты поверхности полупроводника, поэтому перед герметизацией полупроводникового прибора необходимо произвести очистку поверхности изделия. Электрические свойства поверхности полупроводника отличаются от электрических свойств его объема, так как поверхностные атомы имеют свободные валентные связи, образующиеся в результате разрыва кристаллической решетки. Состояние поверхности полупроводника зависит от механических, физических и химических методов обработки, а так же от условий окружающей среды. При механической и физической обработке образуется слой с нарушенной кристаллической решеткой, и поверхность становится шероховатой, загрязняется, а при химической она покрывается оксидной пленкой, толщина которой зависит от применяемых реактивов и режимов обработки, и загрязняется присутствующими в реактивах примесями. Под воздействием окружающей среды электрические свойства незащищенной поверхности полупроводника изменяются, увеличивается толщина оксидных пленок, и она дополнительно загрязняется. Загрязнения, попадающие на поверхность полупроводника из окружающей среды, а также при взаимодействии с технологическими средами и химическими реактивами, ухудшают и вызывают дрейф характеристик полупроводниковых приборов. Особенно опасны загрязнения поверхности интегральных схем, на единице площади которых расположено большое количество полупроводниковых элементов. Так, загрязнение даже одного микроучастка может вывести из строя всю микросхему.
Очистка поверхности полупроводника и ее защита от внешних атмосферных воздействий являются сложными технологическими процессами. Различают загрязненную, чистую и атомарно чистую поверхности. Загрязненная поверхность требует очистки. Чистой считается поверхность, на которой остаются допустимое количество загрязнений, а атомарно-чистой - на которой отсутствуют какие либо посторонние вещества. Предъявляемые на различных этапах изготовления полупроводниковых приборов и микросхем требования к чистоте поверхности неодинаковы. Поверхность, чистая для одной операции, может оказаться недопустимо грязной для другой.
Источниками загрязнения поверхности полупроводниковых пластин, кристаллов являются: абразивные, смазочные и клеящие материалы, используемые при механической обработке; пыль, водяные пары, пары масел, попадающие из атмосферы производственных помещений; технологические среды (газы, вода, химические реактивы), в которых обрабатываются полупроводники, а также инструмент, оснастки, тара для переноса и хранения, с которыми они соприкасаются; материалы покрытий для защиты герметизации полупроводниковых приборов. Продукты дыхания, отпечатки пальцев, кремы, пудры, аэрозоли также загрязняют поверхность. Поверхностные загрязнения можно разделить на молекулярные, ионные и атомарные.
К молекулярным относятся органические (натуральные и синтетические воски, смолы, масла, жир, остатки фоторезистов, растворителей и др.) и механические (пыль, абразивные частицы, ворсинки, частицы металлов, полупроводников, кварца и других технологических материалов) загрязнения, пленки химических соединений (оксидов, сульфидов, нитридов и др.), образующиеся при химической и термической обработке полупроводниковых пластин и их хранении, а также газы и пары. Молекулярные загрязнения закрепляются на поверхности полупроводника статически. Исключение составляют пленки химических соединений, имеющие прочную химическую связь с поверхностью полупроводника. Молекулярные загрязнения вызывают брак. Так при выращивании эпитаксиальных слоев изза микроскопических молекулярных загрязнений образуются дефекты кристаллической решетки. Остатки молекулярных загрязнений снижают качество фотолитографической обработки и вызывают быстрый износ фотошаблонов. Нерастворимые в воде органические загрязнения делают поверхность гидрофобной, что препятствует ее очистки от ионных и атомарных примесей, поэтому их удаление должно быть первым этапом очистки.
К ионным загрязнениям относятся растворимые в воде соли, кислоты и основания, которые осаждаются на поверхности пластин из травильных и моющих растворов.
Особое вредное воздействие оказывают ионы щелочных металлов, которые при повышении температуры или под воздействием электрического поля могут перемещаться по поверхности, что при водит к изменениям электрических характеристик полупроводниковых приборов и в некоторых случаях к выходу их из строя. Ионные загрязнения адсорбируются на поверхности, образуя с ней физическую и химическую связь.
К атомарным загрязнениям относят атомы тяжелых металлов (золота, серебра, меди, железа), осаждающиеся на поверхность полупроводников в виде металлических микрозародышей из химических реактивов. Атомарные загрязнения влияют на время жизни неосновных носителей заряда в полупроводнике, поверхностную проводимость и другие электрофизические параметры полупроводниковых материалов.
Роликовая(шовная) электросварка является разновидностью контактной и применяется для герметизации прямоугольных корпусов ИМС на полуавтоматах ПГРС, предназначенного для герметизации корпусов ИМС с размерами сторон от 3,8 до 40 мм (с разницей между продольной и поперечной сторонами не более 12 мм).
При работе полуавтомата поддерживаются заданный режим герметизации: частота повторения сварочных импульсов; сварочный ток и выходное напряжение; усилие прижатия сварочных роликов к изделию; заданное расстояние между роликами для сварки продольных и поперечных сторон корпусов.
Полуавтомат выполнен в виде металлического стола, на столешнице которого в средней части сварочная головка с роликами, по сторонам от нее - блоки управления, а в тумбах - электрооборудование.
Сварочная головка (рис. 39) приводится в действие двумя электродвигателями: один перемещает каретку 12 вперед - назад, а другой столик 11, на котором закрепляют герметизируемый корпус 10. Каретка приводится в действие от электродвигателя через сменную пару цилиндрических шестерен, ходовой винт с трапецеидальной резьбой и ролик, находящийся в зацеплении с ходовым винтом. Столик приводится в действие электродвигателем через муфту, поводок, мальтийский механизм, пару зубчатых конических шестерен и штифты. Для фиксации герметизируемых корпусов(крышки к основанию) служит рычаг ножевого типа, расположенный над столиком и приводимый в действие упорами при движении каретки.
Сварочные ролики 5 могут перемещаться по горизонтали и вертикали, создавая требуемое усилие сжатия свариваемых деталей. Настройка роликов для сварки продольных и поперечных сторон корпуса (перемещения по горизонтали) производится индивидуально для каждого ролика соответственно при вращении одной из четырех ручек 3 и 7 или 4 и 6, расположенных на пульте управления. Вращением двух винтов 2 и 8 регулируют независимо друг от друга положение сварочных роликов по высоте (перемещение по вертикали). Натяжение или ослаблением пружин, которое выполняют, вращая ручки 1 и 9 на пульте, изменяют усилие прижима роликов к свариваемому корпусу.
Механизмы привода сварочной головки связаны кинематически так, что при повороте столика на 90? одновременно с помощью кулачков и осей, перемещающихся в пазах рычагов, происходит автоматическая установка заданных расстояний между сварочными роликами для герметизации продольных и поперечных сторон корпуса. В рабочем состоянии сварочная головка автоматически выдает сигналы на начало и окончание работы блока питания при герметизации корпуса. Момент включения и выключения блока питания устанавливают, вращая соответствующие ручки на пульте управления.
После завершения очередного цикла сварки полуавтомат включают нажатием педали. Герметизировать корпуса можно на воздухе или в среде инертного газа, для чего полуавтомат оборудован автоматической системой его подачи к месту сварки.
Система электрооборудования полуавтомата предусматривает два варианта подключения к сварочному трансформатору: питание подают непосредственно на ролики и последовательно на ролики и столик.
При герметизации оператор укладывают корпус ИМС с предварительно прихваченной крышкой в гнездо поворотного столика каретки сварочной головки. После нажатия на педаль поворотный столик начинает автоматически двигаться от оператора и прижим опускается на крышку корпуса. При проходе под сварочными роликами происходит сварка двух параллельных сторон корпуса. Когда каретка доходит до крайнего положения и останавливается, прижим поднимается над корпусом, поворотный столик поворачивается на 90? против часовой стрелки, ролики раздвигаются, каретка начинает двигаться к оператору, прижим опускается на корпус и происходит сварка двух других параллельных сторон корпуса.
В крайнем ближнем к оператору положении поворотный столик с ИМС поворачивается на 90? по часовой стрелке, останавливается в исходном положении и оператор, сняв загерметизированный корпус, укладывает в освободившееся гнездо столика другой, предназначенный для герметизации. Для выполнения очередного цикла герметизации оператор рукояткой поворачивает столик, возвращая его на позицию герметизации.
Вследствии значительной скорости перемещения предметного столика (6,5 мм/с) создается малая зона нагрева герметизируемых корпусов и повышается выход годных изделий (по герметичности, механической прочности и внешнему виду) до 98%. Производительность полуавтомата можно повысить, если уменьшить время, затрачиваемое на вспомогательные работы (укладку деталей на предметный столик, их совмещение), разделив процесс на две операции: сборку основания корпуса и крышки с их предварительной прихваткой на отдельном приспособлении и последующую герметизацию на полуавтомате.
В начале сварки контактное сопротивление между роликами, крышкой и основанием корпуса достигает 50 - 100 МОМ, а в процессе ее постоянно изменяется в пределах от 2 до 20 МОМ. В зависимости от контактного сопротивления изменяется плотность тока в местах контакта роликов со свариваемыми деталями корпуса, а следовательно, уменьшается или увеличивается мощность, что является причиной образования выплесков расплавленного металла и плохой герметизации.
Для устранения этого недостатка в конструкцию полуавтомата введено устройство автоматического регулирования режима сварки(рис 40) действие которого основано на изменении выходной мощности в зависимости от контактного сопротивления, измеренного между импульсами в процессе сварки.
Во включенном, но неработающем состоянии тиристоры Т закрыты и питание от сети подается на дополнительный трансформатор Тр2, а от него - на измерительную обмотку III сварочного трансформатора Тр1. Измерительная обмотка III и конденсатор С образуют резонансный колебательный контур, настроенный на частоту измерения. Если ролики I не замкнуты на герметизируемый корпус 2, с выхода измерительной обмотки III снимается напряжение, соответствующее коэффициенту трансформации.
При замыкании роликов на герметизируемый корпус происходит замыкание вторичной обмотки II сварочного трансформатора Тр1, что является моментом начала измерения контактного сопротивления между роликами и корпусом. При этом напряжение на измерительной обмотке III прямо пропорционально контактному сопротивлению между роликами и корпусом и воспринимается измерительным блоком ИБ, в котором формируется сигнал, управляющий с помощью блока управления сварочным током БУСТ режимом сварки.
Когда контактное сопротивление становится больше номинального, срабатывает специальное устройство и в измерительном блоке ИБ формируется сигнал, по которому блок БУСТ уменьшает выходную мощность (ток) на роликах. Снижение выходной мощности при значительном увеличении контактного сопротивления ролики - корпус уменьшает выплески металла.
Герметизация пластмассой
Пластмассовую герметизацию (капсюляцию, опрессовку) выполняют несколькими методами, основными из которых являются заливка в съемные формы и корпуса, обволакивание и окунание, литьевое (трансферное) и компрессионное прессование. Кроме того, применяют полые пластмассовые корпуса.
Заливку в съемные формы (свободную заливку) применяют преимущественно при групповой технологии изготовления полупроводниковых приборов и ИМС. При этом методе в открытую часть формы с предварительно загруженной металлической арматурой и полупроводниковыми кристаллами заливают пластмассу (компаунд) и нагревают ее для полимеризации. Загерметизированные приборы извлекают из формы, которую снова используют для заливки.
Так герметизируют, например, кремниевые планарные транзисторы КТ315, которые собирают на перфорированной ленте в резиновые 20-местные формы и на специальной установке, представляющей собой многопозиционный плунжерный дозатор, заливают через сопла компаундом ЭКМ. Рабочий стол установки имеет механизм автоматического перемещения очередного ряда форм после каждой заливки. Производительность установки 700 приборов в час.
Заливку выполняют при комнатной температуре, а затем загерметизированные приборы выдерживают 30 мин при 80 °С, 12 ч при 120 °С и сутки при 170 °С. После полимеризации компаунда приборы извлекают из заливочных форм и отделяют друг от друга, разрубая перфоленту на специальном штампе.
Этот метод прост, не требует дорогостоящих пресс-форм и оборудования. Готовые полупроводниковые приборы и ИМС со стороны открытой части заливочной формы имеют неровную поверхность. Желательно, чтобы TKJIP пластмассы был ниже TKJIP металлической арматуры герметизируемых приборов, так как это способствует надежной герметизации.
Заливка в корпусе отличается от заливки в съемные формы тем, что заливочной формой в этом случае является часть герметизируемого корпуса. Для надежной герметизации необходимо, чтобы TKJIP пластмасс и компаундов был близок к ТКЛР материала герметизируемых корпусов и имел хорошую адгезию к нему.
Обволакивание и окунание применяют для дополнительной герметизации полупроводниковых приборов и ИМС или в качестве основного метода герметизации бескорпусных изделий. Как окунание, так и обволакивание могут быть многократными. Для придания правильной геометрической формы и удаления излишков жидкого герметизирующего материала изделия вращают. Этот метод прост, применяется ограниченно, но желательно использование пластмасс с меньшим ТКЛР, чем ТКЛР кристаллов. Форма загерметизированных изделий не регламентируется.
Рассмотренные методы пластмассовой герметизации характеризуются тем, что при них давление не прикладывается и в результате приборы и ИМС не повреждаются. Жидкая пластмасса заполняет предоставленный ей объем, поэтому из нее можно изготовлять изделия любой формы.
При литьевом прессовании - наиболее распространенном методе пластмассовой герметизации - используют как термопластичные, так и термореактивные пластмассы. Сущность этого метода состоит в том, что дозированную пластмассовую таблетку (или порошок) расплавляют до заливки вне литьевой формы, а заливка происходит при дополнительном повышении жидкотекучести пластмассы и незначительном увеличении давления.
Процесс герметизации, например термореактивной пластмассой ЭФП, состоит из следующих операций: прессования пластмассы (пресс-порошка) в таблетки; предварительного нагрева их и подогрева литьевых форм; прессования - заливки литьевой формы; отделения загерметизированных изделий друг от друга. Прессование пресс-порошка в таблетки необходимо для дозировки пластмассы, а также ее уплотнения. Это очень важно, так как при прессовании для заполнения пустот приходится удалять воздух из литьевой формы. Воздух из литьевой формы удаляют также через специальные отверстия размером примерно 0,05 мм вакуумированием и, кроме того, он вытесняется расплавленной пластмассой.
Предварительный нагрев пластмассовых таблеток, который выполняют в специальных подогревателях - печах с высокочастотным нагревом, а при отсутствии их - в сушильных шкафах, необходим для снижения давления прессования. Желательно, чтобы в момент заливки давление расплавленной пластмассы было (3 v 4) • 105 Па. При таком давлении при заливке не требуется специальная защита кристаллов с р-n-переходами и электродных выводов от повреждений. Так, при использовании пластмасс ЭФП при этом давлении заливка полупроводниковых приборов и ИМС с электродными выводами диаметром до 25 мкм предварительной специальной защиты не требует, так как брак по обрывам выводов составляет менее 1 %. Предварительный подогрев литьевых форм до 40-60 °С необходим для хорошего заполнения пустот пластмассой и выполняется на электрических плитах или специальных плитках с электро подогревом, установленных на прессах.
Непосредственно перед герметизацией перфоленту определенной длины со смонтированными ИМС укладывают, фиксируя по перфорации, в пресс-формы, которые закрывают, и производят прессование.
Процесс прессования-заливки пресс-форм состоит из нескольких операций. При прессовании подвижный плунжер-трансфер (отсюда и название метода - трансферное прессование) опускается и расплавившаяся пластмасса под давлением заполняет пустоты пресс-форм с находящимися в них ИМС, частично полимеризуясь. Для завершения процесса полимеризации пресс-формы открывают, при этом автоматически выталкивается лента с ИМС в сформированной оболочке.
После этого пластмассу дополнительно полимеризуют, а затем отделяют загерметизированные ИМС друг от друга на специальном штампе, обрубая края перфоленты и рассекая ее поперек. Если необходимо, отгибают выводы ИМС на штампе.
Литьевое прессование (=трансферное) позволяет одновременно надежно загерметизировать несколько (по числу мест в литьевой форме) полупроводниковых приборов или ИМС, но требует довольно сложных литьевых форм, стоимость которых в несколько раз превышает стоимость прессового оборудования. Поэтому с подобными пресс-формами следует работать бережно, своевременно выполнять их профилактический ремонт и постоянно следить за состоянием.
Компрессионное прессование менее распространено, чем литьевое. Сущность этого метода состоит в том, что плавление герметизирующего материала и заливка им полупроводниковых приборов или ИМС осуществляются в пресс- форме с частичной полимеризацией. Пресс-форма Для компрессионного прессования имеет обогрев верхней и нижней частей (матрицы и паунсона). При герметизации в нижнюю часть пресс-формы помещают таблетку пластмассы, на нее - металлическую арматуру герметизируемых приборов или ИМС, а затем - вторую таблетку пластмассы. Далее обе части формы, соединяют.
При нагревании и под действием давления пластмасса переходит в пластическое состояние, заполняет все полости рабочего объема пресс-формы и полимеризуется. После этого пресс-форма раскрывается и из нее выталкиваются загерметизированные изделия.
Основными параметрами режима прессования являются температура, удельное давление и продолжительность выдержки герметизирующего материала в пресс-форме под давлением.
Компрессионное прессование применяют лишь в том случае, когда пластмасса имеет низкую температуру плавления (не более 300 °С) и низкое давление прессования, при котором не повреждаются металлическая арматура, кристалл (плата) и электродные выводы. Для снижения вероятности повреждений кристаллы с электронно-дырочными переходами и электродные выводы защищают лаками, смолами или компаундами.
Полые пластмассовые корпуса применяют для герметизации МДП-структур, очень чувствительных к различного рода загрязнениям. При этом первоначально кремнийорганической пластмассой 6 опрессовывают ленточные выводы корпуса, получая полую конструкцию. После монтажа кристалла и соединения электродных выводов конструкцию сверху и снизу закрывают коваровыми крышками и опрессовывают эпоксидной пластмассой.
Кремнийорганическая пластмасса более устойчива к воздействию влаги, чем эпоксидная, которая, в свою очередь, создает лучшую герметизацию в местах соединения выводов с кремнийорганической, а также обладает повышенной устойчивостью к воздействию соляного тумана и изгибающим нагрузкам.
Так герметизируют многовыводные изделия, когда другими методами их загерметизировать невозможно.
Полые корпуса получают также опрессовкой эпоксидной пластмассой изогнутых металлических выводов, конструкция которых исключает образование сквозных микротрещин. Поверх пластмассы наносят дорожки металлизации и приклеивают металлическую пластину, предназначенную для монтажа кристалла. После присоединения электродных выводов корпус герметизируют, приклеивая металлическую или пластмассовую крышку эпоксидным клеем.
Полые корпуса, кроме того, получают опрессовкой выводов, и основания из анодированного алюминия эпоксидной пластмассой. Алюминиевые детали не только улучшают теплоотвод, но и позволяют монтировать кристаллы и присоединять электродные выводы ультразвуковой сваркой.
Полые корпуса получают и опрессовкой ленточных выводов эпоксидной пластмассой. Кристалл, защищенный слоем нитрида кремния, отдельно монтируют на позолоченной коваровой пластине, которую приклеивают фенольным клеем к пластмассовому корпусу снизу. Затем присоединяют электродные выводы, покрывают кристалл слоем кремнийорганической пластмассы и герметизируют корпус, приклеивая фенольным клеем коваровую крышку сверху. Такая герметизация повышает надежность ИМС при температурных воздействиях.
Контроль герметичности
Одной из задач герметизации является предотвращение проникновения внутрь корпуса газов из окружающей среды, всегда содержащих влагу. Проникающая в корпус влага растворяет газы и загрязнения, образуя в условиях электрических напряжений электролитические пары. В свою очередь, это приводит к возникновению отказов, выражающихся в шунтирующих утечках, коротких замыканиях и обрывах. Для полых (газонаполненных) корпусов достаточно объективным показателем качества герметизации может служить величина течи из корпуса. Для микросхем, спрессованных пластмассами, необходимо проводить испытания непосредственно в атмосфере с повышенной влажностью. Методы испытания должны одновременно удовлетворять требованиям высокой чувствительности и экономичности.
Наиболее чувствительным является радиоактивный метод (чувствительность10~8 - 5-10-9 мкм рт. ст.- л/с). Образцы, подлежащие испытанию, герметизируются в атмосфере сжатого радиоактивного газа (например, Кг85). При испытании с помощью счетчиков регистрируется интенсивность гамма-излучения газа, вытекающего из корпуса. Вследствие сложности и высокой стоимости этот метод может быть рекомендован только в экспериментальном производстве (отработка конструкции корпуса или технологии герметизации).
Масс-спектрометрический метод основан на обнаружении гелиевым течеискателем гелия, предварительно введенного в корпус прибора. Применение гелия обусловлено его высокой проникающей способностью (малые размеры молекул). Чувствительность метода определяется чувствительностью течеискателя (для течеискателя ПТИ-6 10~7 мкм рт. ст.-л/с). Высокая проникающая способность гелия затрудняет обнаружение больших течей, так как к моменту испытания гелий может полностью вытечь из корпуса. Поэтому для образцов, подлежащих испытанию, целесообразно вводить гелий после герметизации, но непосредственно перед испытанием. Для этого герметизированные микросхемы выдерживают в течение нескольких суток в бомбе, заполненной гелием до давления 4 атм. Масс-спектрометрический метод целесообразен только для выборочного контроля.
При проверке герметичности вакуум-жидкостным методом микросхемы помещают в емкость с керосином или уайт-спиритом, над которым создается разрежение (10 -15 мм рт. ст.). Вытекающий из корпуса газ (непрерывная струйка пузырьков) позволяет определить не только интенсивность, но и место расположения течи. Чувствительность метода 5-10-3 мкм рт. ст.-л/с. Он является весьма распространенным в производстве для выборочного метода контроля.
Компрессионно-термический метод отличается от предыдущего тем, что испытуемые микросхемы погружают в нагретое масло. При этом давление газа внутри корпуса повышается и чувствительность метода несколько увеличивается (4-10-3 мкм рт. ст.- л/с).