13.2. Герметизация корпусов пайкой

Герметизация пайкой первоначально была широко распрос­транена в производстве ИМС, но новые способы герметизации постепенно вытеснили ее, хотя некоторые типы микросхем в плоских металлостеклянных и металлокерамических корпусах продолжают герметизировать пайкой.

Сущность процесса герметизации пайкой заключается в со­единении металлических или металлизированных поверхностей деталей корпусов с помощью припоя, который при температуре пайки смачивает паяемые поверхности, заполняет капиллярный зазор между ними и, кристаллизуясь, связывает их в монолит­ную герметичную конструкцию. Удаление оксидных пленок на соединяемых поверхностях осуществляется действием флюса. При бесфлюсовых способах пайки роль флюса выполняет газо­вая среда или специальные компоненты припоя. Прочность со­единения, как правило, равна прочности припоя.

К преимуществу герметизации пайкой относят отсутствие значительных давлений и специального инструмента, а к недо­статкам - необходимость нагрева всего прибора до значитель­ной температуры (200-350 °С) и вредное влияние флюса (ос­татки флюсов, которые не могут быть полностью удалены, попа­дая на полупроводниковые структуры, ухудшают стабильность электрических параметров), необходимость работы в атмосфере водорода или инертного газа, критичность режимов пайки, осо­бенно при герметизации микросхем с наличием золотого по­крытия.

Для герметизации ИМС применяют в основном два вида гер­метизации низкотемпературной пайкой: в конвейерных печах и струей горячего газа на специальных установках. Использова­ние для пайки закладных деталей позволяет вводить заранее в паяемый узел определенное количество припоя и флюса, в ре­зультате чего получают однородные соединения. Выбор припоев для герметизаций ограничен, так как при проведении этого про­цесса должны сохраняться все ранее полученные соединения. Обычно используют оловянно-свинцовые припои, особенно ПОС 61 и ПСр2,5. Состав и свойства припоев, используемых для герметизации, приведены в табл. 13.2.

Технологический процесс герметизации пайкой включает подготовку деталей корпусов к пайке, непосредственно пайку и контроль герметизированных изделий.

Необходимым условием качественной пайки является тща­тельная очистка (обезжиривание в различных растворителях)

паяемых поверхностей. Для лучшего смачивания паяемых по-верхностей припоем используют предварительное их золочение, лужение и другие покрытия. Пайка осуществляется нагревом в печи собранных в кассеты деталей с заранее вложенным припо­ем, покрытым флюсом. Кассеты обычно выполняют из чистого графита или другого жаростойкого материала (нержавеющей стали), который не загрязняет арматуру и гарантирует фикса­цию деталей относительно друг друга.

Весь узел подогревается в печи до температуры пайки мед­ленно, поэтому большое значение имеет скорость, с которой под­водится теплота. Температура печи должна обеспечить расплав­ление припоя и перегрев его на 50-60 °С выше точки плавле­ния при определенном времени выдержки. При нагреве припой-ная шайба расплавляется и образует припойный конус, соеди­няющий выводы и держатели с луженными коваровыми втул­ками. После пайки детали охлаждают в холодильной камере. При этом не допускается относительное смещение свариваемых деталей, поэтому кассеты с арматурой в печи необходимо пере­мещать медленно.

Способ пайки в конвейерной печи обеспечивает высокое ка­чество паяных соединений. Преимуществами способа герметиза­ции низкотемпературной пайкой в конвейерной печи являют­ся: отсутствие окисления поверхностей деталей и припоя при нагреве; уменьшение деформации узлов благодаря равномернос­ти их нагрева и жесткости кассет; отсутствие пережогов, короб­ления, наплывов припоя, требующих зачистки; возможность сбор­ки приборов с несколькими паяемыми выводами.

При небольших объемах выпускаемой продукции целесооб­разно применять пайку струей горячего газа (рис. 13.6). Этот способ заключается в нагреве паяемых деталей и расплавлении припоя направленным потоком воздуха или инертного газа (азот, аргон), температура и расход которого тщательно регулируются.

Пайка струей горячего газа обладает многими достоинства­ми. Инертная среда предотвращает окисление деталей при вы­сокой температуре пайки. Ход процесса определяется темпера­турой пайки, расходом газа и временем выдержки. Эти пара­метры легко поддерживаются в заданных пределах, что позво-

ляет получать надежные паяные соединения. Оборудование про сто и удобно в эксплуатации.

При герметизации пайкой горячим воздухом или газом воз­можны следующие дефекты: полное или частичное отсутствие смачивания паяемых поверхностей припоем; пустоты в паяном соединении, затекание припоя внутрь прибора; перекосы паяе­мых деталей.

Причинами плохого смачивания могут быть загрязнение по­верхности, наличие оксидного слоя на паяемых поверхностях, дефекты покрытия на этих поверхностях, недостаточная темпе­ратура в зоне пайки печи. Наличие пустот свидетельствует о чрезмерных зазорах между деталями, о глубоких царапинах на паяемых поверхностях.

Затекание припоя внутрь прибора (особенно металлостек-лянной конструкции) связано с тем, что воздух (газ) внутри корпуса нагревается и увеличивается в объеме. Часть воздуха выходит из корпуса через расплавленный припой. Если затем воздух внутри корпуса охлаждается раньше, чем начинается кристаллизация припоя, внутри корпуса создается пониженное давление и припой, не успевший затвердеть, вдавливается внутрь корпуса. Перекосы деталей при пайке указывают на плохое качество кассет или их чрезмерный износ. Перечисленные виды