Методическое пособие 700

В последние годы начали интенсивно развиваться многокристальные корпуса.

Разрабатывается много видов и форм мно-

гокристальных корпусов (рис. 4.6). Основ-

ные проблемы, которые приходится ре-

шать при разработке этих корпусов, это обеспечение малых задержек сигналов и облегчение теплоотвода от кристаллов.

Этапы развития корпусов для ИС показа-

ны на рис. 4.7, 4.8.

Рис. 4.6. Примеры разнообразия многокристальных корпусов

По мере перехода от монтажа в сквозные отверстия к монтажу на поверхность плат число выводов растет.

Носитель (рис. 4.7) позволяет обеспечить более высокую плотность размещения межсоединений, чем в случае печатных плат или тонкопленочных гибридных ИС.

Контрольные вопросы

1.Какие требования предъявляются к корпусам ИС?

2.Чем отличаются требования изготовителей корпусов и изготовителей ИС к конструкции ИС?

3.Какие существуют ограничения по пяти группам параметров к корпусам ИС?

4.Как подсчитать необходимое число выводов корпусов для разрабатываемой ИС? Приведите пример.

5.Каковы тенденции развития требований к материалам корпусов?

6.Какая существует классификация корпусов по технологии изготовления и используемым материалам?

7.Какие материалы используются для металлокерамических корпусов?

8.Охарактеризуйте металлостеклянные корпуса.

9.Какие преимущества и недостатки пластмассовых корпусов?

10.Какова конструкция корпусов чашечного типа?

5. ОБЕСПЕЧЕНИЕ НАДЕЖНОСТИ МОНТАЖА

КРИСТАЛЛОВ В КОРПУСА

Опыт показывает, что отказы ППИ обычно связаны с химическими, прочностными и электрическими видами отказов.

Прочностные отказы связаны с монтажом кристаллов в корпуса. Надежность ИС определяется в значительной степени качеством соединения кристалла с подложкой. Внутренние напряжения, возникающие в соединении, нередко приводят к ухудшению качества соединения кристалл

– подложка и повышению теплового сопротивления перехода, а зачастую к катастрофическим отказам из-за появления трещин в кристаллах, связанных с их механической прочностью, после крепления кристалла на основание корпуса. Если для

ИС малой степени интеграции вопрос о разрушении кристалла практически не стоял, то в настоящее время только у потребителей доля отказов ИС средней степени интеграции по этому виду брака составила: на входном контроле – 10,5 изделий, при производственных испытаниях – 0,65 изделий, а для ИС 3 – 5 степени интеграции на входном контроле – 267,2 изделий и при испытаниях РЭА –127,6 изделий на миллион поставленных.

5.1. Наклейка кристаллов

Основные требования, предъявляемые к клеевым соединениям: механическая прочность, высокая адгезионная способность (не менее 2 – 3 МПа) и стабильность электроизоляционных свойств в интервале рабочих температур (удельное объемное сопротивление не менее 1014 Ом·см, tg δ ≤ 10-3). Кроме того, газовыде-

Аналогичным образом определено напряжение на кристалле ИС при наклейке в корпус 401.14-4 (с коваровым дном) клеем ВК-32-200 (ζ = 105,9 МПа) и контактолом КВ-3 (ζ = 88,2 МПа). Рассчитанные значения напряжения составляют 46 % для ВК-32-200 и 22 % для КН-3 от предельных значений напряжений при изгибе кристал-

лов ИС серий 106,134 (ζ = 392 МПа).

5.2. Напайка кристаллов

Свойства соединяемых материалов, температурные условия формирования соединений и геометрические размеры определяют внутренние механические напряжения, которые могут приводить к разрушению изделия в местах соединений.

Рассмотрим проблему обеспечения надежного крепления кремниевого кристалла с подложкой из меда. Пусть кристалл, имеющий размеры a a h1, напаи-

вается на подложку толщиной h2. Деформацией внутри контакта можно пренебречь, поскольку h1 и h2 значительно меньше а. Силы и моменты, действующие внутри кристалла, можно рассматривать только в двух плоскостях.

На рис. 5.1 условно показаны силы и моменты, действующие внутри объема соединения, состоящего из металла и кремния. Эти силы и моменты одинаковы относительно осей Х и У вследствие того, что рассматривается элемент квадратной формы. На поверхности контакта действуют силы

dFi Fai dx ,

которые приводят к появлению момента

С учетом условий, сформулированных ранее,

dF1 = dF2 = dF и dF/2 (h1+h2) = dM1 + dM2

.

Окончательная формула для расчета моментов, возникающих в объеме соединения кристалл – подложка, выглядит следующим образом:

а)

б)

Рис. 5.1. Графическое изображение сил и моментов,

действующих внутри объема соединения

где Е – модуль упругости; I – момент инерции для прямоугольного поперечного сечения; μ – коэффициент Пуассона (μ = 0,2 – 0,5); ρ – радиус изгиба.

Усилие F можно определить из выражения:

где α1, α2 – термические коэффициенты линейного расширения кремния и подложки соответственно; Tn – температура плавления припоя; Т – рабочая температура; h

– толщина кристалла и подложки, т.е. h =

h1 + h2 .

Радиус изгиба вычисляется по формуле:

;

Максимальное напряжение сжатия на поверхности контакта при z = 0 определяется формулой:

ζ0макс = – E1(α1 – α2)(Tn – T)C2,

;

h = h1 (1 + h2/h1).