по дисциплине " Технологические процессы микроэлектроники " на тему: Технологические процессы герметизации имс (стр. 17 из 22)

Компаунд К-25 — вязкая жидкость от серого до черного цвета, получаемая смешиванием смолы СК-25,1 наполнителя (стекло—кристаллического цемента марки СЦ-90-1), красителя (нигрозина) и отвердителя (полиамидной смолы Л-20). Применяется для защиты и герметизации полупроводниковых приборов, работающих в интервале температур от —60 до +150°С. Жизнеспособность при 20°С не более 2 ч. Тангенс угла диэлектрических потерь при 20°С и частоте Ю⁶ Гц равен 0,015. Диэлектрическая проницаемость 4,5. Удельное объёмное сопротивление 1,5-Ю¹² Ом-см. Для приготовления компаунда берут 100 мас. ч смолы СК-25, 100—200 мас. ч. стеклокристаллического цемента, 2 мас. ч нигрозина и 50—60 мас. ч. смолы Л-20.

Пресс-материал ЭФП-63—порошок темно-серого цвета, композиция на основе эпоксидной смолы, минеральных наполнителей, отвердителя и красителя. Применяется для герметизации полупроводниковых приборов и гибридных интегральных микросхем. Тангенс угла диэлектрических потерь на частоте Ю⁶ Гц равен 0,03, а диэлектрическая проницаемость на той же частоте равна 5 Удельное объёмное сопротивление Ю¹⁴ Ом-см. Электрическая прочность 20 кВ/мм.. КТР в интервале температур от 20 до 125° С равен 25-Ю-⁶ 1/°С. Усадка 0,6%.

Компаунд ЭКБТ-103—прозрачная однородная жидкость светло-жёлтого цвета, композиция на основе эпоксидной смолы ЭД-22 с отвердителем и ускорителем. Применяется для защиты и герметизации полупроводниковых источников света в инфракрасной и видимой областях спектра и обеспечивает работу приборов в диапазоне температур от —60 до +120°С. Показатель преломления при 20°С равен 1,55 Тангенс угла диэлектрических потерь при частоте 10⁶ Гц равен 0,05, а диэлектрическая проницаемость на той же частоте равна 5. Удельное объёмное сопротивление 10¹⁴ Ом-см. Электрическая прочность 20 кВ/мм. Прозрачность в исходном состоянии не менее 88%, а после обработки при температуре 120°С в течение 30 сут -85%. Водопоглощение не более 1%. Для приготовления компаунда берут 100 мае. ч. смолы ЭД-22, 10 мае. ч. отвердителя (трибутилбората) и 1 мае ч. ускорителя (марки 606/2).

Компаунд ОП-429/2 — вязкая жидкость белого цвета. Применяется для герметизации и защиты полупроводниковых приборов. Отличается от компаунда ОП-429/1 меньшим водопоглощением.

При выборе полимерного герметизирующего материала помимо требований степени чистоты необходимо обращать внимание на природу функциональных групп и структуру используемого связующего состава, поскольку это может явиться причиной больших плотностей электрического заряда и его нестабильности на поверхности p-n перехода.

К недостаткам органических полимерных материалов относятся их электрические и механические свойства, которые ухудшаются при длительном воздействии повышенных температур и их резком изменении. Кроме того, они способны создавать, особенно эпоксидные смолы, в поверхностном слое герметизируемого изделия значительные механические напряжения вследствие различия КТР материалов оболочки и изделия.

В настоящее время применяются комбинированные пассивационно-защитные покрытия из тонкой пленки неорганического диэлектрика и органического полимерного покрытия. Назначение тонкой пленки диэлектрика, например, слоя SiO₂, - нейтрализовать активные центры и в определенной мере стабилизировать свойства поверхности. Относительно толстый слой полимерного покрытия предотвращает механическое повреждение пленки неорганического диэлектрика, защищает его поверхность от воздействия внешней атмосферы. Одновременно плёнка неорганического диэлектрика в определенной степени выполняет роль буферной прослойки между поверхностью кремния и толстым слоем органического покрытия и тем самым несколько снижает механическое воздействие этого покрытия. Следует, однако, подчеркнуть, что даже наличие пассивирующей неорганической пленки с высокими пассивирующими и стабилизирующими свойствами не снимает требования химической чистоты и электрической нейтральности герметизирующего покрытия из полимерного материала.

Бескорпусная герметизация полимерными материалами чаще всего осуществляется пропиткой и нанесением покрытий различными способами.

Покрытия. Этот способ герметизации предусматривает создание на поверхности изделий сверхтонких или тонких слоев и широко применяется для герметизации практически всех компонентов и узлов МЭУ вплоть до собранных монтажных плат и крупных блоков.

Сверхтонкие (не более 0,5…1,5 мкм) пленки выполняют главным образом защитно-пассивирующие функции и не несут механических нагрузок. Такие покрытия получают путем полимеризации или поликонденсации мономеров из газовой фазы, действием тлеющего разряда, фотохимическим способом, гидрофобизацией кремнийорганическими соединениями.

Как правило, после таких покрытий наносится слой другого материала, выполняющего функции механического крепления элементов конструкции. Способы нанесения этих материалов могут быть самыми разнообразными (лакировка, заливка, опрессовка и др.).

Более толстые покрытия (30…100 мкм) получают нанесением на поверхности изделий пленок лака или эмали. Этот способ широко применяется индивидуально и в сочетании с другими. Для покрытия лаком или эмалью изделия погружают в них, обрабатывают пульверизатором или кистью. Известен процесс нанесения этих материалов в электростатическом поле. В последнее время все шире применяется твердое органическое эмалирование – нанесение на изделие порошкообразной композиции (твердой органической эмали или сухой краски). Эти композиции наносятся различными способами напыления: вихревым, струйным, электростатическим и др. (рис. 10).

Рис. 10. Нанесение герметизирующего покрытия в псевдоожиженном слое:

1 – ванна; 2 – нагретое изделие; 3 – пористая перегородка; 4 – псевдоожиженный порошкообразный материал

Рис.11. Примеры монолитных герметизирующих конструкций:

а, в – монолитные пластмассовые корпуса, получаемые прессованием без подслоя и с эластичным подслоем; б – герметизирующее покрытие, получаемое обволакиванием:

1 – изделие; 2 – герметизирующий полимерный материал; 3 – выводы; 4 – подслой из эластичного материала

Сравнительно толстые (до 1,0…1,5 мм) покрытия создают способом обволакивания. Для этой цели используются главным образом тиксотропные, т.е. изменяющие при механическом воздействии вязкость, составы. Может быть использовано и нанесение порошкообразных материалов. Многократное покрытие лаком и эмалью для получения толстых слоев широкого распространения не получило в связи со сложностью и громоздкостью процесса.

Процесс нанесения покрытий обволакиванием достаточно прост и не требует сложного оборудования. Ванна с тиксотропным составом помещается на вибратор, и вследствие вибрации происходит изменение вязкости герметизирующего состава. Погружение изделия в тиксотропный состав и извлечение его с определенной скоростью позволяют получить достаточно толстый, не стекающий со стенок изделия слой герметизирующего материала, который затем отверждается.

Бескорпусная герметизация жесткими компаундами при обволакивании (например, тиксотропными типа Ф-47) или вихревом напылении (например, порошковыми компаундами типов ПЭП-177, ПЭК-19) используется обычно при производстве гибридных толстопленочных схем. Толщина получаемой защитной оболочки составляет 0,2…1,0 мм. Общий вид бескорпусной гибридной микросхемы представлен на рис.3. Такая бескорпусная герметизация ГИС осуществляется обычно после монтажа на подложке навесных активных компонентов и присоединения внешних выводов. Герметизацию компонентов аппаратуры часто проводят после их монтажа в блок заливкой эластичными компаундами, например типа «Виксинт» или КТ-102.

Как показывает опыт, при изготовлении изделий в бескорпусном исполнении большое значение имеет повышение их устойчивости к воздействию многократных термоциклов. При прочих равных условиях на этот показатель качества изделий существенное влияние оказывает конструктивное исполнение герметизации, что хорошо видно на примере герметизации полимерными материалами полупроводниковых приборов, выполняемой в виде одностороннего покрытия и обволакивания прибора в виде «сферической» герметизации (рис.12).

Рис. 12. Виды герметизации бескорпусных полупроводниковых приборов: а - односторонняя; б – двусторонняя («сферическая»)

1 – кристалл (полупроводниковый прибор); 2 – герметизирующий материал; 3 – проволочные выводы

Рис. 13. Зависимость отказов бескорпусных транзисторов, защищенных эпоксидной смолой ЭД-5 с полиэтиленполиамином, от числа термоциклов:

1 – односторонняя защита; 2 – «сферическая»

Односторонняя герметизация приборов не обеспечивает устойчивости приборов к воздействию термоциклов. Существенно повышается этот показатель, независимо от вида герметизирующего материала (лак ФП-525, эмали КО-97 и ЭП-91, компаунды ЭКМ, МБК-1), при выполнении защитного покрытия в виде сферы. При защите компаундом ЭКМ и эмалью ЭП-91 не было получено отказов приборов (обрывов проводников) после проведения 100 термоциклов при Т = -60 ÷ +80°С. Повышенная устойчивость приборов с защитой в виде сферы к термоциклированию объясняется более благоприятным распределением механических напряжений при всестороннем сжатии кристалла защитной оболочкой, охватывающей его со всех сторон, нежели при одностороннем покрытии и вызывающих деформации изгиба кристалла.