по дисциплине " Технологические процессы микроэлектроники " на тему: Технологические процессы герметизации имс (стр. 12 из 22)
На рис. 1.1, и показан вариант микросхемы в полимерном корпусе, где кристалл механически связан с контактной рамкой посредством ситалловой подложки. Ситалловую подложку приклеивают к системе плоских выводов, связанных технологической рамкой, а кристалл наклеивают на ситалловую подложку. Другой вариант заключается в том, что один из плоских выводов изготавливают более длинным и его конец находится в центре системы выводов. На этот вывод непосредственно монтируют кристалл.
После монтажа проволочных перемычек между контактными площадками кристалла и выводами корпуса производят предварительную защиту кристалла с перемычками каплей компаунда. Когда отверждение компаунда завершено, узел направляется на заливку под давлением. После герметизации технологическая рамка отделяется в штампе, а выводы формуются, как показано на рисунке.
Наилучшими герметизирующими свойствами обладают компаунды на фенольно-эпоксидной основе. Они характеризуются минимальным содержанием загрязняющих ионов, имеют температуру стеклования выше 150 °С и усадку в форме 0,6 - 0,8%. В результате прессования в материале корпуса имеют место сжимающие усилия, что уменьшает интенсивность отказов из-за тепловых деформаций.
Прессование (заливку под давлением) выполняют на механизированных или полуавтоматических установках при усилии прессования до 2000 кГ и скорости впуска материала до 20 мм/с. Время выдержки изделий под давлением прессования 20 - 40 с, а время выдержки в замкнутой форме при температуре прессования (вне пресса) от 3 до 5 мин.
Для толстопленочных микросхем присоединение плоских выводов контактной рамки можно осуществлять путем введения их в отверстия керамической платы, загибки их на контактные площадки платы и последующего облуживания методом погружения (рис. 1.1, к).
Выводы в технологических рамках целесообразно выполнять в отрезках ленты длиной до 250 мм на несколько микросхем. Это упрощает механизацию и автоматизацию монтажа, а также загрузку многоместных форм для заливки под давлением.
Большой экономический эффект дает метод беспроволочного монтажа полупроводниковых кристаллов на контактной рамке, позволяющий использовать групповые методы присоединения выводов.
В настоящее время капсулирование широко используется для герметизации элементной базы и блоков МЭУ. В зависимости от особенностей конструкции изделий, в частности расположения выводов, существуют два вида корпусов с использованием металлической капсулы (такие корпуса часто называют металлополимерными):
С вертикальным расположением выводов (рис. 9.2, а - в этом случае поверхность изделия контактирует с герметизирующим компаундом);
С выводами в одной плоскости с подложкой (рис. 9,2, б, в - в этом случае герметизирующий материал не контактирует с поверхностью изделия).
Рис. 9.2. Примеры герметизации способом капсулирования: а - изделие со штыревыми выводами; б - односторонний пенальный корпус; в - двусторонний:
1 – капсула; 2 – подложка; 3 – герметизирующий компаунд; 4 – вывод; 5 – прокладка
Наиболее широкое распространение получили корпуса первого вида, где надежная герметизация изделий от воздействий внешней среды определяется герметичностью узлов вывод-компаунд (подложка) и капсула-компаунд, а также адгезией компаунда к поверхности платы.
Большинство штыревых выводов в рассматриваемых конструкциях изготовляется из луженых меди или латуни, к которым адгезия герметизирующих полимерных материалов, даже эпоксидных, недостаточно велика. После воздействия на корпуса термоциклов нередко наблюдается отслаивание компаунда от поверхности выводов. Поэтому герметичность металлополимерного корпуса в целом во многом определяется герметичностью выводов в плате. Качественная металлизация площадки платы около выводов и хорошее лужение обеспечивают герметичность корпусов.
Герметичность узла капсула-компаунд определяется механическими характеристиками соединяемых материалов и адгезией герметизирующего компаунда к поверхности капсулы. Увеличение модуля упругости одного из материалов приводит к увеличению механических напряжений и нарушению герметичности корпусов. Так, замена материала капсулы (мягкого материала на твердый) приводит к увеличению числа разгерметизированных корпусов в процессе длительного термоциклирования. К такому же результату приводит и увеличение модуля упругости герметизирующего компаунда. На адгезию компаунда к материалу капсулы большое влияние оказывает способ подготовки поверхности капсулы. Так, адгезия компаунда ЭК-16 «Б» к необработанному алюминию по усилию отрыва составляет 250, к анодированному 380, к анодированному и окрашенному 320 кгс/см2.
В узле подложка-компаунд при большой разнице КТР материалов и большом значении модуля упругости компаунда могут появиться трещины в компаунде и подложке. Такие трещины наблюдаются в поликоровой подложке толщиной 0,6 мм при заливке капсул компаундом ЭК-16 «Б» толщиной 1,0 мм. Целостность подложки не нарушается при замене поликора на керамику 22ХС или при увеличении толщины поликоровой подложки от 0,6 до 1,0 мм. Модули упругости поликора и керамики 22ХС различаются незначительно, но прочность на изгиб у поликора значительно ниже, чем у керамики. Уменьшение адгезии герметизирующего компаунда к поверхности подложки уменьшает механические напряжения в компаунде и подложке. Однако существенно повышаются напряжения на границе компаунд-капсула, что приводит к резкому снижению герметичности этого узла. Поэтому особенно большое внимание следует обращать на качество очистки подложек перед герметизацией изделий.
При герметизации капсулированием изделие помещается в корпус (капсулу) выводами наружу. Свободный торец капсулы и выводы заливаются компаундом. При использовании металлических капсул (чаще анодированный алюминий) влагостойкость корпусов резко возрастает, поэтому часто под капсулированием понимается герметизация в металлополимерные корпуса. Для герметизации изделий микроэлектроники в металлополимерные корпуса наибольшее распространение получил жидкий компаунд ЭК-16 «Б»; ведутся разработки по герметизации корпусов таблетками, изготовленными из порошкообразных компаундов.
Процесс герметизации заливочными компаундами, в частности компаундом ЭК-16 «Б», недостаточно пригоден для организации автоматизированного производства малогабаритных изделий, герметизация которых требует небольших количеств компаунда. Это объясняется трудностью дозировки небольших порций компаунда (0,1…0,2 см3), низкой жизнеспособностью компаунда и трудностью изготовления надежно работающей установке по механизированному приготовлению компаунда непосредственно перед герметизацией.
Эффективнее применять порошкообразные компаунды. В этом случае появляется возможность осуществлять предварительную дозировку компаунда путем изготовления из него калиброванных по массе и размерам таблеток. Герметизация порошкообразными компаундами в виде таблеток позволяет автоматизировать процесс сборки и герметизации изделий. Схема этого процесса выглядит следующим образом: укладка подложек с изделием в капсулу, укладка в свободный торец капсулы таблетки, расплавление таблетки и ее отверждение.
Прессование таблеток производится при давлении 45…50 МПа. В зависимости от конструкции изделия таблетки могут иметь разнообразную форму. Особенно высокие требования к растекаемости таблеток предъявляются при сложной конструкции изделий. Для герметизации таких изделий готовятся таблетки сложной формы с выборкой под выводы, при этом зазор между таблеткой и капсулой должен быть минимальным.
Выбор конструктивно-технологического варианта исполнения бескорпусной защиты определяется в первую очередь назначением и требованиями, предъявленными к защищаемой микросхеме. Например, если предусматривается защита сборочной единицы, в состав которой входит бескорпусная микросхема, то предварительно производится лишь промежуточная технологическая защита микросхемы, обеспечивающая стабильность её параметров на этапе изготовления. Если же бескорпусная микросхема выпускается в виде самостоятельного изделия, то её защита осуществляется с учётом всего комплекса климатических и механических воздействий, предусмотренных техническими условиями эксплуатации на данную микросхему.
Особое требование в случае бескорпусной защиты предъявляются к химической частоте и термостойкости герметизирующих покрытий, к их физико-механическим свойствам, влагопоглощению. Кроме того, герметизирующие материалы должны не только обеспечивать высокую жёсткость создаваемой конструкции, но и устойчивость её к различным видам воздействий.
Для бескорпусной защиты полупроводниковых структур используются в основном неорганические и органические полимерные материалы. Более высокой надёжностью характеризуются покрытия из неорганических материалов, однако, бескорпусная защита на основе органических материалов гораздо дешевле.
Бескорпусную герметизацию выполняют обволакиванием герметиком, заливкой полимером, а также опрессовкой расплавленным термопластическим или термореактивным материалом.
Обволакивание — наиболее простой способ, при котором каплю герметика наносят на сборку или кратковременно погружают сборку в герметик. Этот способ используют для предварительной защиты изделий перед заливкой или опрессовкой.
Заливку выполняют в специальные многократного использования литьевые формы из силиконовой резины. Заливка может быть свободной или в вакууме.