Материал: Сборочные операции и их контроль в микроэлектронике. Балашов Ю.С., Зенин В.В

нений из сплава AМг, покрытого химическим никелем толщиной 9 мкм, а сверху белой бронзой (45 % меди и 55 % олова). Микроструктурный анализ паяных соединений корпусов микросборок показал, что качество адгезии покрытий никеля, меди и серебра хорошее. Разновысотность буртиков крышки и корпуса приводит при пайке паяльником к неравномерному прогреву соединяемых деталей, что вызывает плохое смачивание припоем отдельных участков крышки или корпуса. Некачественная сборка крышки с корпусом также приводит к неравномерному зазору по периметру корпуса, что существенно влияет на смачивание и капиллярное течение припоя при пайке.

в)

Рис. 7.3. Поперечное сечение паяных соединений корпусов микросборок с уплотнительными прокладками: а – качественное соединение; б и в – соединения с плохой пайкой

7.5. Герметизация ИЭТ пластмассой

Различают следующие технологические способы пластмассовой герметизации: компрессионное прессование; литьевое (трансферное) прессование; опрессовка с помощью жидких композиций; обволакивание и окунание; герметизация в полые пластмассовые корпуса; заливка во вспомогательные съемные формы; заливка в предварительно изготовленный корпус – капсулу.

7.5.1. Герметизация прессованием пластмасс

Метод герметизации основана на свойствах полимерных материалов расплавляться и течь под действием температуры и давления, заполняя при этом пустоты металлической фермы с изделиями. Используют два основных способа герметизации прессованием: компрессионное и литьевое (трансферное).

При компрессионном прессовании прессматериал помещаются непосредственно в прессформу, при литьевом – в загрузочную камеру.

Сущность компрессионного прессования состоит в том, что плавление герметизирующего

материала и заливка им полупроводниковых приборов и ИС осуществляется в пресс-форме с частичной полимеризацией (рис. 7.4).

При смыкании пресс-формы пресс-материал под действием теплоты и давления переходит в пластическое состояние и запоминает формирующую полость. По окончании выдержки опрессованые изделия вынимают из пресс-формы.

Компрессионное прессование применяют в том случае, когда пластмасса имеет температуру плавления не более 300 °С и низкое давление прессования, при котором не повреждаются металлическая арматура, кристалл (плата) и электродные выводы. С целью снижения вероятности повреждений кристаллы и электродные выводы защищают лаками, смолами или компаундами.

Рис. 7.4. Герметизация полупроводниковых приборов и ИМС пластмассовой компрессионными прессованием:

а – загрузка пластмассы и изделия; б – прессование; в

–выталкивание изделия; 1 – выталкиватель; 2, 4

–нижняя и верхняя части пресс-формы; 3 – кристалл; 5 – пресс-порошок (таблетка пластмассы); 6 – готовый прибор

7.5.2.Литьевое прессование

Этот способ является наиболее современным для создания бескорпусных оболочек. Он основан на использовании разъемных прессформ и пресс-порошков, получаемых из эпоксидных и кремнийорганических смол или их композиций. Металлическую ленту с кристаллами и выводами укладывают в пресс-форму, имеющую систему каналов (литников) и загрузочную камеру для прессматериала. Прессформу помещают между двумя плитами – нагревателями пресса, затем происходит смыкание двух половин пресс-формы и продавливание компаунд, перешедшего под воздействием давления и температуры в вязко-текучее состояние, через матричные отверстия в рабочую зону, в которой и происходит герметизация ленты с кристаллами (рис. 7.5).

Рис. 7.5. Опрессовка полупроводниковых приборов и интегральных схем: 1 – шток; 2 – верхняя плита; 3 – кристалл с выводами; 4 – нижняя плита; 5 – выталкиватель; 6 – жидкая пластмасса; 7 – готовый прибор

7.6. Герметизация способами обволакивания и окунания

Обволакивание – наиболее простой способ, при котором каплю герметика наносят на вращающуюся сборку. При вращении сборки предотвращается стекание капли неотвержденного компаунда, поэтому корпуса получаются равномерной толщины сферической формы. Для обеспечения механической прочности и герметичности структуры, как правило, наносят несколько слоев герметизирующего материала с предварительным подсушиванием каждого слоя. На рис. 7.6 показан выпрямительный диод, загерметизированный способом обволакивания.

Окунание применяют для дополнительной герметизации полупроводниковой герметизации полупроводниковых приборов и ИС или в качестве основ-

201

ного метода герметизации бескорпусных изделий. Окунание может быть многократным. Процесс нанесения покрытий окунанием не требует сложного оборудования. Ванна с герметизирующим составом помещается на вибратор. Вследствие вибрации происходит изменение вязкости герметизирующего состава. Погружение изделий в состав и извлечение их с определенной скоростью позволяет получить достаточно толстый, не стекающий слой герметизирующего материла, который затем отверждается.

Рис. 7.6. Пластмассовая герметизация полупроводниковых приборов и ИМС обволакиванием: 1, 2 – верхний и защитный слой пластмассы; 3 – кристалл; 4 – выводы

Данный метод находит ограниченное применение. Форма загерметизированных изделий не регламентируется. Примеры изделий, загерметизированных методом окунания, приведены на рис. 7.7.

202

ных методом окунания: а – транзистора; б – микросхемы; 1 – кристалл; 2, 5 – герметизирующие материалы; 3, 6 – выводы; 4 – арматура микросхемы

Рассмотренные методы пластмассовой герметизации обволакиванием и окунанием характеризуются тем, что при них давление не прикладывается и в результате изделия не повреждаются. Жидкая пластмасса заполняет заданный объем, поэтому из нее можно изготовлять изделия любой формы. Для получения качественной герметизации необходимо использовать пластмассы с меньшим ТКЛР, чем ТКЛР кристаллов.

Основными недостатками данных способов являются: трудность нанесения равномерного по толщине покрытия, длительность технологического цикла и сложность механизации процесса.

7.7. Герметизация в полые пластмассовые корпу-

са

Пластмассовый корпус состоит из основания с

203

выводами и крышки. Габариты корпуса, количество и расположение выводов зависят от конструктивных особенностей герметизируемого изделия. Полые пластмассовые корпуса применяют для герметизации МДП-структур, чувствительных к загрязнениям.

Герметизация корпусов (рис. 7.8) осуществляется приклеиванием крышки к основанию.

Рис. 7.8. Герметизация изделий в полых пластмас-

совых корпусах опрессовкой прямых выводов: 1, 6 –

эпоксидная и кремнийорганическая пластмассы; 2 –

крышка,

3 – кристалл; 4, 5 – электродный и ленточный выводы

При этом первоначально кремнийорганической пластмассой 6 опресовывают ленточные выводы 5 корпуса, получив таким образом целую конструкцию. После монтажа кристалла 3 и присоединения электродных выводов 4 к выводам 5 конструкцию сверху и снизу закрывают коваровыми крышками 2 и опресовывают эпоксидной пластмассой 1. Перед нанесением компаунда торцы блоковых сторон основания и край крыш-

204

ки по периметру зачищают для получения шероховатой поверхности. После приклеивания крышки к основанию корпуса их плотно зажимают.

в)

Рис. 7.9. 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

7.8. Герметизация способом капсулирования

205

Этот способ широко используется для герметизации элементной базы и блоков МЭУ. В зависимости от расположения выводов изделий существуют следующие схемы герметизации

(рис. 7.9).

При герметизации капсулированием изделие помещается в корпус (капсулу) выводами наружу. Свободный торец капсулы и выводы заливаются компаундом. При использовании металлических капсул (чаще всего анодированный алюминий) влагостойкость корпусов существенно возрастает, поэтому под капсулироваением иногда понимается герметизация в металлополимерные корпуса. Для этого вида герметизации изделий микроэлектроники наибольшее распространение получил жидкий компаунд ЭК-16"Б". Применяется также герметизация корпусов таблетками, изготовленными из порошкообразных компаундов. Герметизация порошкообразными компаундами в виде таблеток позволяет автоматизировать процесс сборки и герметизации изделий.

7.9. Контроль герметичности корпусов

Надежность полупроводниковый ИЭТ в процессе работы в аппаратуре и при хранении в значительной степени определяется герметичностью корпуса. Чтобы убедиться, что корпуса обладают требуемой герметичностью, их подвергают контролю.

Методы испытаний должны обладать высо-

206