Герметизація мікросхем (стр. 1 из 7)

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

ДЕРЖАВАНИЙ ВИЩИЙ НАВЧАЛЬНИЙ ЗАКЛАД

ФІЗИЧНИЙ ФАКУЛЬТЕТ

КАФЕДРА ТВЕРДОТІЛЬНОЇ ЕЛЕКТРОНІКИ

ГЕРМЕТИЗАЦІЯ МІКРОСХЕМ

Курсова робота

з курсу “Технологічні основи електроніки”

ЗМІСТ

Вступ

1. Загальні відомості про герметизацію

1.1 Призначення процесу герметизації

1.2 Вимоги до захисту інтегральних мікросхем

2. Види герметизації

2.1 Пасивування

2.2Безкорпусна герметизація

2.3Корпусна герметизація

3. Методи герметизації

3.1 Спаювання

3.2 Мікроконтактування

3.3 Термокомпресійне мікрозварювання

3.4 Зварювання непрямим імпульсним нагріванням

3.5 Ультразвукове мікрозварювання

3.6 Зварювання здвоєним електродом

3.7Лазерне зварювання

3.8Електронно-променеве зварювання

3.9Холодне зварювання

3.10Електроконтактне зварювання

3.11Аргонно-дугове зварювання

Висновки

Список використаної літератури

ВСТУП

В даній курсовій роботі розглядаються процеси, пов’язані із герметизацією інтегральних напівпровідникових та гібридних мікросхем, мікрозбірок та мікроблоків, оскільки найголовнішим завданням мікроелектроніки є створення максимально надійних електронних схем і пристроїв. Розглядаються корпусна та безкорпусна герметизація, різні види корпусів, в основі класифікації котрих лежать матеріали з яких вони виготовляються або їхня геометрична форма. Піддаються огляду та опису такі методи герметизації, як термокомпресія, зварювання непрямим імпульсним нагріванням, лазерне, холодне, електронно-променеве, аргонно-дугове, електроконтактне зварювання, герметизація ультразвуковим мікрозварюванням та інші. Розглядаються матеріали, які використовуються для безкорпусної герметизації і для виготовлення корпусів мікросхем.

Також розглядаються й аналізуються переваги і недоліки кожного методу з точки зору споживання енергії, можливості автоматизації технологічного процесу герметизації, вартості обладнання та установок, здатності використання в масовому чи тільки вузькому та спеціалізованому виробництві, часу, який затрачується на герметизацію інтегральних мікросхем, робочих температур мікрозварювання, котрі можуть призвести до виходу з ладу напівпровідникового кристалу.

1. ЗАГАЛЬНІ ВІДОМОСТІ ПРО ГЕРМЕТИЗАЦІЮ

1.1 Призначення процесу герметизації

Сучасні електронні пристрої та системи будуються з використанням виробів мікроелектроніки.

Мікроелектроніка – це науково-технічний напрям електроніки, який охоплює проблеми дослідження, конструювання і виготовлення високонадійних і економічних мікромініатюрних схем та пристроїв фізичними, хімічними, схемотехнічними та іншими методами [1].

Першим завданням мікроелектроніки є створення максимально надійних електронних схем і пристроїв [1]. Це завдання вирішується переважно за якісно новими принципами виготовлення електронної апаратури, тобто відмовленням від використання дискретних елементів та створенням інтегральних мікросхем (ІМС), в яких активні (транзистори, діоди) та пасивні елементи (резистори, конденсатори) та з’єднувальні елементи електронної схеми формуються на поверхні чи в об’ємі напівпровідникового кристалу або на поверхні діелектричної підкладки в єдиному технологічному циклі. Мінімальна кількість внутрішніх з’єднань дає можливість різко підвищити надійність мікроелектронної апаратури. Саме цим долаються складні суперечності між зростаючими вимогами до надійності електронної апаратури та її стрімким ускладненням.

Другим завданням мікроелектроніки є зниження вартості електронних схем та пристроїв [2]. Це завдання вирішується формуванням за один технологічний цикл структур різних елементів, міжелементних з’єднань та контактних площинок для багатьох ІМС на відносно великій напівпровідниковій пластині або на діелектричній підкладці з подальшим розподілом відповідно на кристали або на плати ІМС. При цьому вдається уникнути багатьох нераціональних технологічних операцій, зменшити кількість внутрішніх з’єднань, виключити роздільну герметизацію окремих елементів і значно скоротити кількість складальних операцій у процесі виготовлення дискретних елементів та їх монтажу. Ці переваги ІМС набувають більшої значущості в міру їх ускладнення та зростання в них кількості елементів. Поруч з вирішенням цих двох найважливіших завдань мікроелектроніки створення та використання ІМС сприяють різкому зменшенню маси та об’єму електронної апаратури порівняно з масою та об’ємом апаратури на дискретних елементах, а також зменшенню споживаної потужності.

Інтегральна мікросхема – мікроелектронний виріб, який виконує визначену функцію оброблення сигналу і/або накопичення інформації і має високу щільність розміщення неподільно виконаних і електрично з’єднаних елементів.

Для захисту елементів і компонентів ІМС від дії зовнішнього середовища кристал герметизують за допомогою ізоляційних матеріалів або щільної герметизації, використовуючи вакуум. Це ускладнює конструкцію ІМС, але істотно підвищує її надійність.

Герметизація – це комплекс заходів і технологічних операцій, які забезпечують захист інтегральних мікросхем, мікрозбірок від механічних та кліматичних впливів, дій агресивних середовищ, атмосферного кисню, пилу, вологи, механічних і електромагнітних дій, вібрації, і надійність при виготовленні, зберіганні й експлуатації [2]. Під герметичністю розуміють здатність герметизованої конструкції не пропускати через свої елементи рідину або газ. Герметичність іноді характеризують натіканням кількості потоку рідини або газу. Герметизація – одна з останніх операцій технологічного процесу виробництва [3], отже, повинна забезпечувати максимальний вихід придатних ІМС та безвідмовну роботу їх в умовах експлуатації.

1.2 Вимоги до захисту інтегральних мікросхем

У процесі зберігання і експлуатації ІМС піддаються зовнішнім впливам, які обумовлені частіше за все змінами температури або вологості навколишнього середовища, збільшенням чи зменшенням атмосферного тиску, наявністю активних речовин в навколишній атмосфері, наявністю вібрацій, ударів та іншими факторами. Для захисту мікросхем від таких впливів виконується комплекс спеціальних заходів. Найбільш широке поширення в теперішній час отримали два способи захисту мікросхем: безкорпусний захисту і корпусний.

Вибір конструктивно-технологічного варіанту виконання без корпусного захисту визначається в першу чергу призначенням і вимогами, які ставляться до мікросхеми, котру потрібно захистити. Якщо безкорпусна мікросхема виготовляється у вигляді самостійного виробу, то її захист здійснюється з урахуванням всього комплексу кліматичних механічних впливів, які передбачені технічними умовами на дану схему.

Особливі вимоги у випадку безкорпусного захисту ставляться до хімічної чистоти і термостійкості герметизуючих покрить, до їх фізико-механічних властивостей, вологопоглинання. Крім того, герметизуючі матеріали повинні забезпечувати не тільки високу жорсткість створюваної конструкції, але й стійкість її до різних видів впливів.

Якщо в процесі експлуатації і зберігання мікросхем потрібний захист, який забезпечував би їх роботоздатність на протязі тривалого проміжку часу, то в цьому випадку рекомендується використовувати корпусний захист. Причому корпуси повинні відповідати наступним основним вимогам: мати достатню механічну міцність і корозійну стійкість; мати мінімальні розміри; забезпечувати чистоту середовища навколо мікросхеми; дозволяти легко і надійно виконувати електричне з’єднання між елементами мікросхеми і друкованої плати, на яку встановлюється мікросхема; забезпечувати мінімальні паразитні ємності та індуктивності конструкції; забезпечувати надійну ізоляцію між струмопровідними елементами; бути герметичними і запобігати проникненню вологи до мікросхеми, яка захищається; забезпечувати мінімальний тепловий опір між мікросхемою, розміщеною всередині корпусу, і навколишнім середовищем; захищати мікросхему від дій електромагнітного поля і радіоактивного випромінювання; забезпечувати можливість процесу автоматизації процесу збірки; мати мінімальну вартість та ін.

2. ВИДИ ГЕРМЕТИЗАЦІЇ

Відомо кілька методів герметизації інтегральних мікросхем. Залежно від конструктивно-технологічного виконання, призначення й галузей застосування інтегральних мікросхем використовують корпусний та безкорпусний захист [2], а також пасивування структур мікросхем безпосередньо на підкладці [4].

2.1 Пасивування

Поряд із захистом мікросхем в корпусі широко використовується захист структур мікросхем безпосередньо на підкладці. Такий захист забезпечують спеціальні пасивуючі шари, а сам процес називається пасивуванням. В напівпровідникових мікросхемах цю роль виконує шар двоокису кремнію, отриманий або окисленням кремнієвої підкладки або термовакуумним напиленням двооксиду на поверхню кристалу готової мікросхеми. В гібридно-плівкових мікросхемах пасивування виконується нанесенням двооксидів

, монооксидів , оксиду алюмінію . Використовується також захист оплавленням скла, нанесенням плівки полімерних матеріалів і т.д.

Пасивуючий шар може забезпечити настільки надійний захист, що опресована пластмасою мікросхема виявляється досить стійкою до впливів навколишнього середовища. Такі мікросхеми задовільно працюють в умовах, непов’язаних з дією різко агресивних середовищ – морського туману, хімічно активних газів та ін. Їх широко використовують в побутовій та іншій масовій апаратурі [4]. Їхня вартість набагато нижча, ніж аналогічних мікросхем в металокерамічних і металосклянних корпусах, тому такий спосіб захисту має широке використання.