Пасты для проводящих, резисторных и диэлектрических элементов, их характеристики. Методы формирования рисунка и материалы для герметизации кристаллов и плат (стр. 2 из 3)
Минимальное расстояние от края контактной площадки до края резистора должно быть не меньше 0,25 мм.
Расчет резисторов производится следующим образом. Номинальное значение сопротивления резистора определяется по формуле
R=paKф (1)
где pa - сопротивление квадрата резистивной пленки, Ом/а;
K=l/i, - коэффициент формы.
Рисунок 1. Толстопленочный резистор; I - резистивная пленка, 2 - контактная площадка.
Ширина резистора
(2)где Р - расчетное значение мощности рассеяния резистора, Вт; Ро - максимальная удельная мощность рассеяния резистивной пленки, Вт/мм2; Кр - коэффициент запаса мощности, учитывающий подгонку резистора, КР = 2п/100 + 1; п -допустимое отрицательное отклонение сопротивления резистора от номинального до подгонки, %.
Максимальное значение Р принимается равна 52%. Расчетная длина резистора определяется из соотношения для Кф и по формуле (2.2). Расчет резисторов, имеющих Кф<1, начинают с определения длины, заменяя ширину В в формуле (2.2) на длину l .
Удельная мощность рассеяния резисторов на основе композиции палладий-серебро обычно принимается равной 3 Вт/сиг, однако толстопленочные резисторы могут быть нагружены и сильнее, до 6 Вт/ см и более (для паст других составов), при условии правильной организации охлаждения.
Конденсаторы. Диэлектрические пленки в толстопленочных микросхемах применяются в качестве диэлектриков конденсаторов, межслойной изоляции, защитных слоев.
Диэлектрические пасты для конденсаторов изготавливаются на основе смеси керамических материалов и флюсов. Толщина диэлектрических толстых пленок для конденсаторов после термической обработки составляет 40-60 мкм.
Используя пленки, обеспечивающие удельную емкость Со= 3700 пФ/см2, изготавливают конденсаторы с номинальной емкостью от 500 до 300 пФ, а пленки с Со = 10000 пФ/см2 позволяют производить конденсаторы в диапазоне от 100 до 2500 пФ. В большинстве толстопленочных гибридных схем и микросборок используются многослойные дискретные керамические конденсаторы, поскольку на площади, необходимой для нанесения конденсатора с номиналом 300 пФ, можно расположить навесной многослойный конденсатор на 10000 пФ. Погрешность номинальной емкости конденсаторов обычно составляет ±15%. Пробивное напряжение не менее 150 В.
Величина диэлектрической проницаемости для диэлектрических паст конденсаторов на основе композиции титанат бария - окись титана - окись алюминия - легкоплавкое стекло составляет от 10 до 2000.
Исходя из основного соотношения, для емкости конденсатора
(3)где
- диэлектрическая постоянная; А - площадь, мм2; N -число обкладок; d - толщина диэлектрической пленки, мм, можно вычислить площадь, необходимую для изготовления конденсатора.Расчетная площадь верхней обкладки конденсатора определяется по формуле
S=C/C0 (4)
где С - номинальное заданное значение емкости; С0 -удельная емкость.
Нижняя обкладка конденсатора должна выступать за край верхней не менее, чем на 0,3 мм, пленка диэлектрика - за край нижней обкладки не менее, чем на 0,2 мм. Пасты верхних обкладок должны быть инертны к лужению.
Методы и материалы для герметизации кристаллов и плат
Под герметичностью понимают способность замкнутой конструкции не пропускать газ (жидкость) .
Абсолютно непроницаемых конструкций не существует поэтому герметичность характеризуется допустимой утечкой (течыо) газа (жидкости), измеряемой в единицах потока. Поток газа или жидкости через микроотверстия выражают единицей объема при определенном давлении за определенное время, т.е. в м3•Па/с (1,32•10-4 м3•Па/с = 1 л•мкм рт. ст./с).
Корпуса полупроводниковых приборов и ИМС считаются герметичными при натекании гелия не более 1,32-10"9 м3-Па/с, Герметизация является одной из важнейших заключительных операций технологического процесса производства полупроводниковых приборов и ИМС, так как обеспечивает их надежность и долговечность при механических и климатических воздействиях в условиях эксплуатации. Кроме того, герметизация является последней операцией сборки полупроводниковых приборов и ИМС и от качества ее выполнения зависит выход годных изделий.
Подсчитано, что трудоемкость сборочных операций (вместе с герметизацией) некоторых массовых изделий микроэлектроники (транзисторов, ИМС) превышает трудоемкость всех других операций. Забракованные негерметичные приборы представляют собой довольно дорогие и почти готовые изделия, что заставляет с особой тщательностью относиться к процессам герметизации.
Постоянное стремление к повышению компактности, миниатюризации и быстродействия электронных систем вызывает увеличение плотности рассеиваемой мощности (особенно в ИМС), что усложняет теплоотвод от активных элементов, вызывая дополнительные требования к конструкции корпусов и способам их герметизации. В настоящее время установлено, что конструктивное исполнение корпусов и их герметизация не менее сложны, чем создание электронно-дырочных переходов. Исследования показали, что проникновение в процессе эксплуатации в корпус транзистора даже ничтожного количества влаги может вызвать нестабильность его параметров.
Такие способы герметизации корпусов полупроводниковых приборов, как заливка пластмассой, склеивание специальными клеями, стеклоцементами, глазурями или лаками, заварка стеклом, а также различные виды сварки и пайки, имеют свои достоинства и недостатки.
Герметизация пластмассой, например, пригодна для массового производства изделий микроэлектроники широкого применения. Приборы в пластмассовой оболочке характеризуются низкой стоимостью, хорошим внешним видом, групповой технологией производства. Но пластмассовая герметизация не обеспечивает требуемой герметичности при испытаниях на климатические воздействия и в условиях эксплуатации.
Некоторые корпуса герметизируют, приклеивая керамическую крышку к металлокерамическому основанию корпуса. Такая герметизация надежна, не требует дорогостоящего оборудования, но процессы нанесения и отверждения клея довольно длительны.
Герметизацию стеклоцементами, глазурями, лаками и стеклом применяют ограниченно.
Герметизация корпусов пайкой. В производстве изделий микроэлектроники герметизацию корпусов пайкой используют относительно редко, так как кроме, сравнительной простоты (не требуются сложные оснастка, инструмент, оборудование; процесс выполняется без приложения значительных давлений) она имеет ряд недостатков. Так, при герметизации пайкой необходим нагрев полупроводниковых приборов и ИМС до 200—420 °С, что ухудшает их параметры. Характерными видами брака при герметизации пайкой являются образование щелей (непропай) в соединениях, затекание припоя и флюса внутрь корпуса, перекосы деталей, частичное несмачивание поверхностей припоем и др. Кроме того, детали, предназначенные для пайки, должны иметь очень малые отклонения по плоскопараллельности и зазорам.
При герметизации деталей корпусов пайкой используют косвенный контактный и бесконтактный нагрев, горячий инертный газ или газопламенный источник.
При пайке с косвенным контактным нагревом герметизируемый корпус укладывают на нагреватель, разогревают вместе с припоем до необходимой температуры и накрывают крышкой, а затем прижимают ее и охлаждают корпус. Обычно такую пайку выполняют в среде защитного газа. Недостатком ее являются сложность равномерного нагрева корпуса и необходимость тщательной подгонки посадочного места нагревателя к корпусам разных размеров для создания хорошего теплового контакта.
При пайке с косвенным бесконтактным нагревом (в конвейерных газовых печах) получают лучшие результаты, так как в этом случае повышаются качество герметизации и производительность. Однако пайка в конвейерных печах требует большого количества сложных кассет, а сам процесс недостаточно управляем.
Пайка в струе нагретого инертного газа получила наибольшее распространение. Этим способом, например, герметизируют корпуса с локальным золочением деталей только в местах соединения, используя в виде отдельной детали припой, состоящий из 99-99,5 % олова и 0,1-1,0 % висмута (сурьмы или серебра). Локальное золочение хотя и усложняет герметизацию, но ограничивает растекание припоя и снижает расход золота. Толщина золотого покрытия составляет не более 1,5-2 мкм.
Пайку в струе нагретого инертного газа применяют также для герметизации металлокерамических корпусов с предварительным нанесением слоя припоя олово — висмут толщиной не менее 0,15 мм по периферии крышки. В этом случае на корпус по периметру, соответствующему форме крышки, также наносят слой золота. При нагреве соединяемых деталей струей горячего газа слой припоя на крышке плавится, смачивает золотое покрытие и герметизирует корпус.
Иногда никелевые крышки золотят в кислом электролите, используют припой слово-висмут-индий и нагрев в струе горячего инертного газа. В процессе образования паяного соединения золотое покрытие полностью растворяется в припое, который взаимодействует с чистой поверхностью никеля, находящегося под золотом, образуя после кристаллизации прочное герметичное соединение. Шов представляет собой слой припоя с мелкими включениями частиц золота и олова.
Газопламенная пайка с использованием припоя ПОС61 и ф л ю с а, при которой крышку корпуса нагревают подвижным водородно-кислородным пламенем, является довольно производительным процессом герметизации (в 8-10 раз выше по сравнению с пайкой косвенным контактным нагревом). Между тем при термических испытаниях таких корпусов на надежность они могут стать негерметичными, так как золотое покрытие крышки в зоне шва не полностью растворяется в припое. Оставшийся слой золота при термических испытаниях и эксплуатации приборов или ИМС переходит в припой постепенно и связь крышки с припоем нарушается. Слой золота, который в данном случае применяют для улучшения смачиваемости, должен быть не более 2-3 мкм, что обеспечивает его полное растворение в припое.