Поиск

Полнотекстовый поиск:
Где искать:
везде
только в названии
только в тексте
Выводить:
описание
слова в тексте
только заголовок

Рекомендуем ознакомиться

'Документ'
Модернизация химической (как и в других отраслей) промышленности предполагает формирование инновационной экономики на народнохозяйственном, отраслево...полностью>>
'Документ'
Прежде, чем начать любое новое дело, Вы должны продумать свою стратегию, соизмерить энтузиазм с имеющимися у Вас ресурсами и возможными угрозами со ст...полностью>>
'Документ'
Добрый день, уважаемые коллеги! Я рад вас приветствовать в Совете Федерации на парламентских слушаниях "О предупреждении банкротства банков в цел...полностью>>

Реферат по дисциплине " Технологические процессы микроэлектроники " на тему: Технологические процессы герметизации имс

Главная > Реферат
Сохрани ссылку в одной из сетей:

Пайка.

Герметизацию пайкой применяют в стеклянных (микросхемы серии К106 и др.) и керамических (микросхемы серии ТСМ) корпусах с плоскими планарными выводами (рис. 1.1, г, д). В первом случае стеклянное основание получают в форме (прессование стеклянного порошка с последующим оплавлением) одновременно с сис­темой выводов и коваровой рамкой. Во втором случае вначале изготавливают керами­ческое основание с пазами под выводы, а затем выполняют пайку стеклом коваровых выводов и рамки. В обоих случаях для облегчения изготовления основания корпуса плоские выводы объединены в общую систему с помощью технологической рамки. Впоследствии после выполнения внутреннего монтажа (перед электриче­ским контролем) технологическая рамка отрезается штампом, разобщая выводы микро­схемы.

Золотое покрытие на коваровой рамке позволяет получать надежное паяное со­единение с крышкой корпуса (никель, никелированная медь и др.). С этой целью на коваровую рамку укладывают рамку из припоя ПОС-61 толщиной 0,15 - 0,2 мм, устанав­ливают крышку, и корпус с микросхемой помещают на нагреватель, снабженный вибра­тором (50 Гц). Наличие бортика по контуру рамки исключает проникновение припоя внутрь корпуса.

Для пайки корпусов применяют автоматические и полуавтоматические установ­ки. На установке АГМП-1 (автомат герметизации микросхем пайкой) пайку выполняют в среде инертного газа. Корпуса устанавливают в кассеты, обеспечивающие регулируе­мое усилие прижима на крышку корпуса в пределах 3 -10 г. Кассеты, содержащие по 10 корпусов каждая, помещают в магазин (емкость магазина 20 кассет). Расплавление рамки припоя осуществляется импульсным нагревом в диапазоне регулируемых темпе­ратур (150 - 450) ± 3° С. Во избежание термоудара изделие подвергают предваритель­ному нагреву в пределах (100 - 200) ± 10° С. Время пайки (регулируемое) 5 -15 с с дис­кретностью 1 с.

Вибрация может быть наложена со смещением по времени от начала пайки на 2 -12с. Расход инертного газа давлением 1,5-2 ат. составляет 0,5 м3/ч. Производитель­ность установки 450 корпусов в час.

Пайка припоями выполняется при температурах 170—350 °С. Перед пайкой изделие облуживают расплавленным припоем или помещают его между соединяемыми деталями в виде прокладок, таблеток, колец и др. Далее корпуса гермети­зируют, применяя различные способы нагрева, необходимые для оплавления припоя.

При кондуктивном методе нагрева детали корпуса ИМС с прокладкой припоя между ними, предварительно обработанной раствором или расплавом флюса (канифоли), зажимают с не­большим усилием между двумя нагревательными плитами. Недостаток этого метода — значительный нагрев основания корпуса, на котором расположена ИМС, а также необходимость применения флюса, остатки которого трудно полностью удалить, и они могут попасть внутрь корпуса.

При обдуве струей горячего газа (азота или аргона) корпу­са со стороны крышки применение флюса исключается, так как пайка проводится в инертной атмосфере.

Конвективный нагрев применяют при крупносерийном и массовом производстве. Собранные детали корпусов сжимают и фиксируют на все время пайки, которую провопят в конвейерных печах с защитной средой. Скорость движения конвейера температурный режим печи (подъем температуры до заданной, выдержка и охлаждение) обеспечивают оптимальный цикл пайки.

Этот метод пайки достаточно прост и доступен, однако из-за высокой теплопроводности припоя необходимо нагревать весь корпус. Кроме того, прочность паяного шва обычно ниже проч­ности соединяемых материалов (меди, никеля и особенно ковара).

Пайку стеклом применяют не только для контакта кристаллов с корпусами и крепления внешних выводов к ке­рамическим основаниям, но и для соединения керамических крышек с основаниями. Это значительно упрощает конструкцию корпусов и сборку ИМС. При такой пайке в качестве припоев используют низкотемпературные стекла.

Пайку перемычек к контактным площадкам можно осуществлять с дозировани­ем припоя в процессе пайки или с предварительным лужением контактных площадок. Последний способ является более прогрессивным, так как предполагается нанесение припоя высокопроизводительным методом погружения. Такой способ используют, на­пример, в тонкопленочных гибридных схемах серии К217 (медные луженые контакты), а также в толстопленочных гибридных схемах серий К202, К204 (серебряные луженые контакты) и некоторых других.

Особенностью лужения тонкопленочных контактов является опасность их ос­лабления из-за растворения (диффузии) материала пленки в припой. Поэтому для лу­жения золотых и серебряных контактов применяют припой ПОС-61, модифицирован­ный золотом или серебром (3%). Температура плавления этих припоев 190° С.

Чтобы после облуживания и пайки избежать промывки микросхем, используют пассивные флюсы марок Ф1111 или ПлП.

Пайку можно осуществлять с помощью микропаяльников с косвенным импульс­ным нагревом (время импульса до 2 с), с автоматическим регулированием режима на­грева по температуре, для чего в конструкции паяльника предусмотрена термопара. Другой способ - пайка сдвоенным электродом, при котором тепло выделяется за счет прохождения тока через участок припоя, расположенный под зазором сдвоенного элек­трода.

Заливка.

В металлополимерных корпусах герметизацию микросхемы и изоля­цию выводов от корпуса осуществляют путем заливки металлического корпуса эпок­сидным компаундом. В конструкции, изображенной на рис. 1.1, е, корпус представляет собой дюралевый колпачок квадратной или прямоугольной формы (толстопленочные гибридные микросхемы серии К202, К204, К215 и др.), в который устанавливается ке­рамическая подложка с микросхемой и торцевыми выводами круглого сечения. Специ­ально сформированные выступы на внутренней поверхности колпачка удерживают подложку на некотором расстоянии от дна.

В другой конструкции (рис. 1.1, ж) в корпусе типа «пенал» располагается ситалловая подложка с тонкопленочной гибридной схемой (микросхемы серии МИГ), изо­лированной от стенок корпуса. В данном случае активные навесные приборы помеще­ны в кассету из алюминиевой фольги (с изолированной прокладкой), которая приклее­на к подложке. Такая конструкция обеспечивает дополнительную герметизацию актив­ных приборов и защиту их от непосредственного воздействия компаунда.

В металлополимерных корпусах целесообразно использовать свободную заливку компаундами холодного отверждения, которые обеспечивают относительно малую усадку, а время выдержки для полимеризации не является лимитирующим фактором.

Склеивание

Один из вариантов пластмассовых корпусов показан на рис. 1.1, з. Основание и крышка корпуса изготовлены из стеклопластика АГ-4 методом прессо­вания. Основание армировано торцевыми выводами круглого сечения. Герметизацию осуществляют путем склеивания крышки с основанием.

Надежная герметизация изделий от влияния внешней среды в корпусах этого типа определяется тремя основными параметрами: герметичностью выводов в основании корпуса, герметичностью соединения крышки с основанием и скоростью натекания паров воды во внутренний объем при их диффузии через стенки корпуса (т.е. влажностными параметрами материала корпуса).

Как показывают исследования, пластмассовые корпуса, выполненные из разных материалов, резко отличаются по своим защитным свойствам. В табл. 3 приведены результаты испытаний на герметичность пластмассовых корпусов, изготовленных из пресс-порошков с различными физическими свойствами. Герметичность корпусов оценивалась по их влагостойкости после воздействия 10 термоциклов в диапазоне температур от –60 до +85°С и последующего увлажнения в среде с относительной влажностью 982% при температуре 40°С. Натекание влаги в корпуса регистрировалось ситалловыми датчиками влажности адсорбционного типа.

Таблица 3. Герметичность полых пластмассовых корпусов после воздействия термоциклов

Материал корпуса

Число негерметичных корпусов

К124-38

0

В4-70

15

К18-2

100

ЭФП-60АК

100

Нарушение герметичности корпусов в этом случае происходило в узле вывод-основание из-за механического разрушения пластмассы вокруг вывода вследствие возникновения внутренних напряжений. Для уменьшения этих напряжений необходимо, чтобы материал вывода имел как можно большее значение КТР, а материал корпуса – минимальное значение КТР и такие значения модуля упругости, которые обеспечивали бы необходимую жесткость конструкции и одновременно некоторую податливость материала при воздействии механических нагрузок.

Таблица 4. Сравнительные характеристики некоторых металлов и пластмасс

Материал

КТР, К-1

Модуль упругости, н/м2

Ковар

6*10-6

1,96*1011

Медь

16*10-6

1,18*1011

Латунь

18*10-6

9,3*1010

Пластмасса К124-38

(19…36)*10-6

7,15*109

Пластмасса В4-70

37*10-6

8,7*109

ЭФП-60АК

48*10-6

6,4*109

Как видно из данных табл. 4, таким требованиям в большей степени удовлетворяет латунь. Ее КТР близок к КТР материалов марок К124-38 и В4-70, которые получили наиболее широкое применение при изготовлении пластмассовых корпусов.

Источником внутренних напряжений является разность КТР материалов корпуса и вывода и колебания температуры при изготовлении и эксплуатации корпуса. Анализ напряженного состояния, проведенный на модели узла вывод-пластмасса и подтвержденный при испытании реальных образцов корпусов, показал, что в материале корпуса при изменении температуры возникают сжимающие и растягивающие напряжения, пропорциональные размерам вывода, модулю упругости пластмассы, КТР и градиенту температур. При этом растягивающие напряжения на границе пластмасса-вывод втрое превышают сжимающие. Расчет внутренних напряжений показал, что разгерметизация оснований корпусов вокруг выводов происходит в результате превышения внутренних напряжений предела прочности пластмассы на растяжение. Это хорошо видно из табл. 5, в которой приведены данные испытаний выводов, выполненных из разных материалов. Детали корпуса изготовляются прямым прессованием, а в основание заранее впрессовываются выводы. На выводе делается утолщение с проточкой в месте прохождения его через основание. Такая конструкция вывода повышает механическую прочность узла вывод-пластмасса, увеличивает путь проникновения влаги при возникновении дефектов в узле. Для получения более надежного клеевого соединения толщина боковых стенок основания корпуса должна составлять не менее 2 мм; толщина крышки и основания выбирается исходя из условий механической прочности корпуса и требований по его влагостойкости

Таблица 5. Экспериментальные данные испытаний металлических выводов на герметичность и прочность вырыва из пластмассы

Материал корпуса

Предел прочности при растяжении, Н/м2

Материал вывода

Внутренние напряжения на границе с выводом, Н/м2

Число негерметичных образцов, %

Прочность вывода на вырыв из образцов, Н

герметичных

негерметичных

К124-38

8,13*107

Латунь

3,5*107

15,8

233,2

78,4

Ковар

7,26*107

35,0

151,9

107,8

ЭФП-60АК

5,5*107

Латунь

7*107

20,0

81,3

50,9

Ковар

1,34*108

30,0

102,9

47,0

К18-2

5,2*107

Латунь

1,38*108

40,0

66,0

50,0

Ковар

1,85*108

70,0

109,8

33,3

К клеевому составу в этом случае предъявляются следующие требования: высокая адгезия к материалу корпуса, максимально близкое значение ТКР для клея и материала корпуса, высокая влагостойкость, малая вязкость клея, обеспечивающая получение клеевого шва толщиной 0,1…0,2 мм, умеренная температура отверждения (не более 70…80С). Наиболее полно удовлетворяют таким требованиям эпоксидные клеи и компаунд с минеральным наполнителем (например, компаунд ЭК-16 «Б»). Перед нанесением компаунда торцы боковых сторон основания и край крышки по периметру зачищаются для получения шероховатой поверхности. После приклеивания крышки к основанию корпуса закрепляются в специальных зажимах для плотного соединения основания с крышкой.

Герметичные пластмассовые корпуса имеют достаточно высокую влагостойкость. Однако хотя экспериментально установленное время влагозащиты таких корпусов в ряде случаев составляет более 30 и даже 56 сут., их влагостойкость в настоящее время принимается равной 10 сут.

При организации производства изделий в полых пластмассовых корпусах необходимы операции изготовления деталей корпусов, сборки деталей и изделия и герметизации корпусов. Механизация этих операций представляет значительные трудности, поэтому такие корпуса пока используются при производстве изделий небольшими партиями.

Опрессовка компаундами

Наиболее дешевыми являются полимерные корпуса, получаемые путем опрессовки микросхемы компаундом. Полимерные корпуса используют в основном для толстопленочных гибридных и полупроводниковых интегральных микросхем, работающих в нормальных условиях (промышленная и бытовая аппаратура).

Опрессовку микросхем осуществляют методом литья под давлением во времен­ные формы компаундов горячего отверждения. Ввиду давления и высокой температуры требуется предварительная защита собранного узла (особенно проволочных перемы­чек) с помощью компаундов холодного отверждения.

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.

Капсулирование

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.



Скачать документ

Похожие документы:

  1. Рабочая учебная программа дисциплины Технология и оборудование производства изделий твердотельной электроники и наноэлектроники Направление подготовки

    Рабочая учебная программа
    Целями освоения дисциплины являются изучение базовых технологий производства основных типов интегральных микросхем (ИМС) на биполярных и металл-оксид-полупроводниковых (МОП) транзисторах, конструкций современного оборудования, начиная
  2. Республики Беларусь «24» (1)

    Пояснительная записка
    В.В. Баранов – профессор кафедры электронной техники и технологий Белорусского государственного университета информатики и радиоэлектроники, доктор технических наук.
  3. Введение в специальность (3)

    Пояснительная записка
    А.Н. Осипов, доцент кафедры электронной техники и технологии Учреждения образования «Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники»,
  4. Республики Беларусь «24» (11)

    Программа
    В.В.Баранов – профессор кафедры электронной техники и технологий Белорусского государственного университета информатики и радиоэлектроники, доктор технических наук;
  5. Осрб 1-39 02 01-2007

    Образовательный стандарт
    Ключевые слова: высшее образование, первая ступень, квалификационная характеристика, требования, знания, умения, способности, компетенции, образовательная программа, типовой учебный план, учебная программа дисциплины, самостоятельная

Другие похожие документы..