Литьевое прессование является наиболее совершенным способом создания бескорпусных оболочек, применяемым в серийном производстве. Этот способ основан на использовании разъемных пресс-форм и пресс-порошков, получаемых из эпоксидных и кремнийорганических смол или их композиций.
В настоящее время наиболее полно удовлетворяют требованиям, предъявляемым к материалам монолитных корпусов, образуемых литьевым прессованием, эпоксидные пресс-порошки типа «Премикс».
Технологический цикл при герметизации изделий литьевым прессованием включает такие операции: размещение изделий в специальной пресс-форме, заполнение индивидуальных полостей с изделиями в пресс-форме герметизирующим расплавленным составом на специальных пресс-установках при сравнительно низких давлениях, выдержка определенное время под давлением при повышенной температуре для отверждения материала, разъем пресс-формы, извлечение загерметизированных изделий, удаление литников и облоя. Таким способом можно загерметизировать одновременно несколько десятков и даже сотен изделий.
Герметизация литьевым прессованием стала широко применяться после появления термореактивных смол, прессуемых при низких давлениях. Использование небольших давлений дает возможность герметизировать изделия, чувствительные к механическим воздействиям: полупроводниковые приборы и микросхемы с гибким проволочным монтажом, миниатюрные изделия с проволочной обмоткой и т.д.
Герметизирующий материал (пресс-порошок) используется в виде предварительно изготовленных таблеток или гранул, что способствует повышению качества опрессовки, ликвидирует операцию взвешивания порошка, упрощает операцию дозировки материала. Для получения порошков преимущественно используются эпоксидные смолы, которые имеют ряд преимуществ по сравнению с другими смолами. Материалы на основе этих смол обеспечивают высокие влагозащитные свойства герметизирующих оболочек и высокую устойчивость к воздействию механических нагрузок; отверждение материала после расплавления порошка происходит при сравнительно низких температурах; появляется возможность автоматизации производственных процессов.
В зависимости от типа порошкового материала герметизация производится при температурах 130…160°С. Время выдержки в пресс-форме после заполнения ее герметизирующим материалом составляет 3…5 мин, а общий цикл герметизации с учетом сборки пресс-форму, укладки в нее кассет с изделиями и т.д. не более 10 мин.
Несмотря на то, что для герметизации литьевым прессованием используется сравнительно дорогое оборудование и сложные пресс-формы, являющиеся неотъемлемой частью оборудования, этот способ, когда технически возможно и выгодно, следует использовать для изготовления изделий массового производства.
Повысить эксплуатационные свойства изделий можно и при их герметизации порошковыми материалами на основе обычных технически чистых эпоксидных смол. Для этой цели часто используют многослойные, в частности двухслойные, герметизирующие оболочки. В этом случае, как правило, нижний слой, прилегающий к поверхности изделия, выполняется из эластичных и химически чистых материалов (например, кремнийорганического каучук), верхний слой – из жестких и механически прочных материалов.
При комбинированной герметизации предварительно изготовляют крышку в виде металлического колпачка, в которую устанавливают сборку с выводами, заливая их компаундом. Так обычно герметизируют толстопленочные гибридные ИМС невысокой степени интеграции.
Таблица 6. Материалы для бескорпусной герметизации и способы их нанесения
| Изделие | Назначение герметизации | Герметизирующие материалы | Способы нанесения материалов |
| Полупроводниковые приборы и ИС | Стабилизация параметров на стадии производства | SiO2, Si3N4, Al2O3, фосфорно-силикатные и боросиликатные стекла | Термическое окисление, пиролиз, азотирование |
| Герметизация изделий бытового и общепромышленного назначения | Компаунд ЭКМ, эмали ЛЩ-97, ЭП-91 | Погружение, нанесение с иглы | |
| Тонкопленочные ИС | Стабилизация параметров на стадии производства | SiO2, GeO, легкоплавкие халькогенидные стекла | Вакуумное напыление |
| Герметизация изделий бытового и общепромышленного назначения | Лаки ФП-525, УР-231, эмаль ФП-545 | Распыление из пульверизатора, погружение, полив | |
| Эластичные компаунды типа «Виксинт», КТ-102 | Заливка | ||
| Толстопленочные ИС | Герметизация изделий бытового и общепромышленного назначения | Тиксотропный компаунд Ф-47 | Обволакивание погружением с механической вибрацией |
| Порошковые компаунды ПЭП-177, ПЭК-19 | Обволакивание напылением в электростатическом поле, вихревое напыление |
Бескорпусная герметизация органическими материалами
Осуществляется с помощью различных лаков, эмалей и компаундов. Этот способ продолжает оставаться одним из главных, особенно в технологии силовых полупроводниковых приборов.
Защита поверхности p-n переходов лаками и эмалями
Защищают p-n-переходы от внешних воздействий тонкими слоями специальных лаков и эмалей, наносимых на место выхода перехода на поверхность. Покрытие плотно сцепляется с поверхностью полупроводника и предотвращает доступ водяных паров, кислорода и др. Достоинством метода является его простота и технологичность.
Однако защита p-n-переходов методом лакировки имеет ряд недостатков. К основным из них следует отнести то, что применяемые в настоящее время лаки не отвечают требованиям, предъявляемым полупроводниковой технологией: недостаточно влагостойки, плохо переносят резкое изменение температуры окружающей среды, растрескиваются или отслаиваются при низких температурах.
Кроме перечисленных недостатков, следует отметить еще один важный недостаток лаков - их способность создавать в приповерхностном слое полупроводника значительные механические напряжения, что объясняется разными коэффициентами термического расширения лака и полупроводникового материала. Таким образом, качество защиты p-n-переходов и свойства лакированных приборов зависят от свойств лаков.
В качестве исходных материалов для лаков используются кремнийорганические смолы, обладающие высокой влагостойкостью и хорошими диэлектрическими свойствами. Однако чистые кремнийорганические лаки имеют ряд недостатков (трескаются при низких температурах, недостаточно сцепляются с полупроводниками, хрупки), которые устраняют введением модифицирующих добавок и специальных наполнителей. При выборе защитного покрытия (лака или эмали) необходимо исходить из эксплуатационных требований, которые предъявляют к конкретному полупроводниковому прибору.
Важным фактором при защите p-n-переходов лаков является чистота лакируемой поверхности, которая должна быть тщательно протравлена, промыта и высушена. После сушки p-n-переходы переносят в специальных вакуумных эксикаторах в скафандры, в которых носят лак на поверхность кристалла. При нанесении лакового покрытия лак набирают в шприц и осторожно небольшими порциями выдавливают на поверхность полупроводникового кристалла. Для покрытия круглых структур применяют различные полуавтоматические приспособления. Сушат лак в специально выделенных термостатах. Режим сушки зависит от вида лака или эмали, а также типа прибора.
Виды лаков, эмалей и компаундов, применяемых при бескорпусной герметизации:
Лак К-1- довольно густая, почти прозрачная масса вязкостью 80–100 сСт при 20ºС. Плёнка этого кремнийорганического лака после полимеризации при 130–150ºС в течение не менее 4 ч. почти прозрачна и удовлетворительно переносит термоциклирование. Термостойкость около 200 0С. Применяют лак К-1 в основном для защиты сплавных кремниевых p-n-переходов. Наносят лак иглой шприца или тонкой стальной проволокой, окуная ее в тигелек с лаком. При нанесении лак не полностью переходит с иглы (или проволоки) на кристалл, что приводит к утолщению ее кончика, которое удаляют, протирая иглу миткалем, смоченным в спирте.
Лак К-55 – густая прозрачная вязкая масса жёлтоватого цвета, приготавливаемая из полиорганосилоксановой смолы. Защитная плёнка образуется на поверхности полупроводникового кристалла после обработки при 130-1500С в течение 2-3 ч. Удельное объёмное сопротивление пленки при 200С равно 1013 Ом×см, а при 2000С-1012Ом×см. После пребывания пленки в атмосфере с повышенной влажностью (98%) ее объёмное сопротивление снижается до 1011 Ом×см. Термостойкость 150-1800С.
Лак К-57 –прозрачная вязкая масса светло-жёлтого цвета. Время высыхания пленки лака при температуре 2000С равно 1-1,5 часа. Удельное сопротивление при 200С равно 1014 Ом×см, а при 2000С –1012Ом см. Термостойкость 180-2000С. Плёнка обладает высокой влагостойкостью и стойкостью к термоциклическому изменению температуры. Рекомендуемый режим сушки: выдержка 10 часов при 150-1700С.
Лак МК-4У –вязкая масса жёлтого цвета. Связующим веществом является кремнийорганическая смола, модифицированная полиэфирами и эпоксидными смолами, а в качестве наполнителя в смолу вводиться слюда мусковит. Рекомендуемый режим сушки: выдержка 2 ч при 1800С. Удельное объёмное сопротивление при 200С равно 1014 Ом*см. Термостойкость 180-2000С.