5.10. Новые материалы в конструировании корпусов

Для обеспечения работоспособности полупроводниковых приборов и микросхем при изготовлении, хранении или последующей длительной эксплуа­тации используют различные способы защиты их отдельных элементов или конструкции в целом от влияния внешней и окружающей среды.

При этом все герметизируемые изделия подразделяют на две группы: герметизируемые с помощью полых защитных конструкций (металлокерамиче-ские, пластмассовые и другие цельные корпуса), которые не контактируют не­посредственно с рабочими элементами, и монолитные, не имеющие внутренних полостей, которые либо вообще не имеют корпусов, либо запрессованы в пла­стмассу.

Под внешней средой обычно понимают среду, в которой хранят и экс­плуатируют прибор, а под окружающей средой - среду внутри корпуса.

Ввиду необходимости снижения материалоёмкости и удешевления полу­проводниковых приборов и микросхем, уже на заре полупроводникового при­боростроения наметилась тенденция к переходу на пластмассовые конструкции корпусов.

70

Поначалу применение пластмассовых корпусов было ограничено прибо­рами и устройствами с малой рассеиваемой мощностью, работающими при низкой влажности и в ограниченном диапазоне температур, так как известные к тому времени прессматериалы обладали низкой теплопроводностью, содержали примеси и микропоры. По мере расширения номенклатуры и совершенствова­ния пресскомпозиций приборы и микросхемы в пластмассовых корпусах про­сто заслонили собой классические корпусные и бескорпусные конструкции. В итоге уже к 1996 году доля мирового рынка полупроводниковых приборов и микросхем в пластмассовых корпусах составила 93% от общего объёма выпус­каемых изделий.

Традиционные корпусные конструкции сохранили своё значение в произ­водстве силовых полупроводниковых приборов, СВЧ-транзисторов (коаксиаль­ные и полосковые корпуса), а также специальных приборов и устройств, экс­плуатируемых в экстремальных условиях.

Основное направление в создании современных и новых поколений пла­стмассовых корпусов занимают полимерные прессматериалы на основе эпок-сидноноволачных смол и кремнийорганических соединений.

Усилиями ведущих фирм Техаз 1ш1гшпеп1, Вех1:ег, Когеа СЬеппса! и ассо­циации 8ЕМ1 разработаны унифицированные требования и международные стандарты для отбора и контроля прессматериалов, идущих на изготовление пластмассовых корпусов.

Техаз 1п51плтеп1 формулирует пять обязательных условий, определяющих выбор прессматериала для герметизации: высокая влагонепроницаемость; вы­сокая термостойкость; возможность получения влагонепроницаемого соедине­ния с материалом вывода; отсутствие загрязнений, влияющих на характеристи­ки прибора; минимальное искусственное старение и усадка в течение длитель­ного срока.

При формировании прессматериалов необходимо иметь в виду, что они представляют собой сложные гетерогенные многокомпонентные системы, и для обеспечения их высоких выходных параметров необходимо оптимальное соче­тание всех входящих компонентов.

В качестве связки используют эпоксидные (чаще эпоксиноволачные и реже - бифенольные) смолы, характеризующиеся низкой стоимостью, техноло­гичностью, прочностью, негорючестью, температуростойкостью, химической стойкостью, малыми коэффициентами термического расширения, незначитель­ной усадкой, хорошей адгезией к материалам и проч.

Для полимеризации эпоксидных смол и перевода их структуры в трёх­мерную сетку служат отвердители.

Ускорение процессов полимеризации осуществляется с помощью ката­лизаторов, в качестве которых чаще всего используются амины.

Для снижения напряжения усадки, улучшения пластичности компаундов ^и сокращения времени прессования используют добавки пластификаторов (полисульфид, полибутадион и др.).

Модификаторы (каучуки) вводят в композицию для уменьшения внут­ренних напряжений и повышения ударопрочности.

71

Большую часть общей массы пресскомпозиции (до 70%) составляют на­полнители. В этом качестве чаще всего используется чистейший диоксид крем­ния. Правильный выбор и дозировка наполнителя обеспечивают улучшение па­раметров пресскомпозиции и снижение её себестоимости.

Иногда для улучшения сцепления между неорганическими наполнителя­ми и остальными органическими компонентами в систему вводят аппреты (клеи), в качестве которых чаще всего используют силиконы.

Правильная компоновка пресскомпозиции обеспечивает малые габариты и малую массу корпусов; удобство сборки, монтажа и испытаний; возможность автоматизации и использования групповых технологических процессов; боль­шое разнообразие корпусов по форме и размерам и проч.

В бывшем Советском Союзе первые микросхемы в пластмассовых корпу­сах появились в 1967 году. Собственные прессматериалы (К-18-39, ТЭП-1, УП-396) использовались в отечественной электронной промышленности вплоть до середины 80-х годов. С начала 90-х годов производство и рынок пластмассовых корпусов в странах СНГ были практически полностью низведены к нулю. В об­ласти производства пресскомпозиции и пластмассовых корпусов обозначились два ярко выраженных лидера: фирма Оех1ег (США) и фирма Когеа СЬеписа!.

72

6.

Новые и перспективные направления в технологии микроэлектро­ники