3565

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

кой чувствительностью и в то же время быть экономичными. Применяемые в полупроводниковом производстве методы и средства контроля разделяют на три основные группы.

К первой группе относят компрессионнотермический (масляный), компрессионный, а также вакуумно-жидкостный методы, при которых утечку газа через неплотности или микроотверстия определяют созданием в контролируемом объекте избыточного давления.

Ко второй группе относятся радиоактивный и масс-спектрометрический методы, при которых непосредственно определяют герметичность контролируемых изделий или помещают их вакуумную камеру, регистрируя изменение предварительно созданного в них разрежения, происходящего из-за проникновения пробного газа.

Третья группа включает в себя бомбовый, ацетоновый и влажностный методы проверки герметичности. Эти методы основаны на изменении (ухудшении) электрических параметров ИЭТ при попадании жидкости в их корпуса. При бомбовом методе готовые полупроводниковые приборы подвергают опрессовке в жидкой среде, которая, проникает внутрь негерметичного корпуса, резко ухудшает их электрические параметры. При ацетоновом методе, являющемся разновидностью бомбового, вместо опрессовки ограничиваются выдержкой приборов в ацетоне при атмосферном давлении. При влажностном методе приборы определенное время выдерживают в условиях повышенной влажности. Влага, приникая сквозь неплотности корпусов (если они имеются), ухудшает параметры приборов.

Одним из вариантов ускоренных испытаний ка-

чества герметизации металлопленочных резисторов с помощью эпоксидных смол является воздействие на изделия электрического напряжения. Согласно этому методу на поверхность герметизирующего покрытия из эпоксидной смолы наносится слой металла и между ним и резистивным слоем включается напряжением 100 В. Резисторы на 10 суток помещают в камеру с влажностью 95 – 98 % и температурой 25 – 75 °С. После окончания испытаний определяется изменение сопротивления каждого резистора, обусловленного электрохимической коррозией резистивного слоя. Испытания проводятся с большой партией резисторов, а критерием оценки служит показатель, вычисляемый по формуле

где N – число испытываемых резисторов; F – число резисторов с отключением сопротивления Ri > 0,4 %. При этом такие резисторы призна-

ются непригодным.

Наиболее чувствительным является радиоактивный метод. Приборы, подлежащие испытанию, герметизируются в атмосфере сжатого радиоактивного газа (например, Kr 85). При испытании с помощью счетчиков регистрируется интенсивность гамма-излучения газа, вытекающего из корпуса. Этот метод используется только в экстремальном производстве (отработка конструкции корпуса или технологии герметизации).

Масс-спектрометрический метод основан на обнаружении гелиевым течеискателем гелия, предварительно введенного в корпус прибора. Технология испытаний заключается в следую-

8. Поверхностный монтаж компонентов

8.1. Особенности поверхностного монтажа

Термин «технология поверхностного монтажа» является общим обозначением нового направления в области электроники, включающего и технику корпусирования компонентов. Для поверхностного монтажа используются компоненты, в основном, намного меньших размеров, чем традиционные эквиваленты, монтируемые в отверстия. Такие компоненты непосредственно закрепляются на верхней (или нижней) стороне коммутационной платы (КП) при совмещении их выводов или внешних контактов с контактными площадками.

Технология поверхностного монтажа способствовала появлению множества новых портативных потребительских изделий: видеокамеры высокого разрешения, переносимые телефоны, калькуляторы, малогабаритные компьютеры и т. д.

Этот метод сборки компонентов характеризуется следующими особенностями: более высокой плотностью монтажа на единицу площади коммутационной платы, что дает снижение массогабаритных показателей при том же уровне функциональных возможностей; увеличение числа выводов корпуса

расположение и реализации монтажноментов плат. Следует технологического составлять от 0,025 – имеют ширину и будущем потредорожек и

.

в производство РЭА монтажа.

, с одной или с двух изготовителей, используюодносторонним мон-

монтаж навесных комповерхность платы, и в быть три подхода: с набор компонентов обоих типов, а с дру- ; компоненты обоих

2 – входной контроль навесных компонентов; 3 – все ли компоненты монтируются на поверхность; 4 – нанесение припойной пасты; 5 – установка навесных компонентов; 6 – пайка оп-

8 – переворот КП; 9 – очистка платы после пайки; 10 – контроль качества смонтированной платы; 11 – имеются ли дефекты на смонтированной плате; 12 – регенерация платы (ремонт); 13 – приемосдаточные испытания и последующие операции; 14 – будет ли вестись монтаж на верхнюю поверхность; 15 – нанесение припойной пасты, установка компонентов, пайка расплавлением дозированного припоя; 16 – разнесен ли смешанный монтаж; 17 – установка навесных компонентов в отверстия платы; 18 – будет ли вестись монтаж на нижнюю поверхность платы; 19 – переворот КП, нанесение клея, установка компонентов для ТПМК, отверждение клея; 20 – установка компонентов в отверстия; 21 – пайка волной припоя

Многие методы микроконтактирования в ТПМК для обеспечения, в первую очередь, электрического соединения навесных компонентов с контактными площадками реализуются с использованием различных способов пайки. Для пайки на коммутационных платах компонентов в ТПМК обычно применяется расплавление дозированного припоя. Для обеспечения качественных микросоединений необходимо тщательное изучение физико-химических процессов, протекающих при пайке. В производстве обычно выбирают наиболее приемлемые методы и режимы пайки, а также соответствующее оборудование после предварительных экспериментальных исследований. Эксперименты являются неотъемлемой частью процесса совершенствование конструкции изделия с учетом особенностей пайки.

Для поверхностного монтажа компонентов на КП применяются следующие методы: пайка волной припоя, пайка расплавлением дозированного припоя в парогазовой среде при нагреве излучением, пайка методом контактного нагрева и с использованием электропроводящих клеев.

В настоящее время метод пайки волной припоя оказался эффективным, в основном, при реализации смешанных вариантов сборки и монтажа изделий. Пайка расплавлением дозированного припоя в парогазовой фазе уступает место пайке с инфракрасным нагревом, лазерная же пайка пока не получила распространения.

Реализация ТПМК с применением эластичных электропроводящих клеев дает некоторое преимущество в сравнении с методами, использующими припои. Так, клеи лучше выдерживают механические напряжения, более пластичны. Основной недостаток данного метода – недостаточная прочность спая компонента с контактной площадкой платы.

8.2. Пайка волной припоя (ПВП)

Этот метод в настоящее время достаточно хорошо освоен в ТПМК. На практике было установлено, что качество паяных соединений в значительной степени определяется геометрическими размерами волны, скоростью и другими ее характеристиками. Следует иметь ввиду, что по мере увеличения плотности монтажа возрастает и вероятность возникновения перемычек между проводниками при пайке, так называемое шунтирование элементов. Для предотвращения этого сразу после ПВП, когда припой еще находится в расплавленном состоянии, применяют специальный дешунтирующий «нож» (рис. 8.2), направляющий струю горячего воздуха (или другого газа) в месте пайки. Такой «нож» (а иногда и несколько) служит также и для очистки после пайки.

Рис. 8.2. Специальный дешунтирующий нож, используемый для очистки смонтированных плат от излишков припоя после ПВП: 1 – направление движения КП; 2 – струя горячего воздуха; 3 – дешунтирующий нож

В настоящее время разработано оборудование и приспособления (в частности, сопла) для ПВП, которые позволяют получать управляемую высокоскоростную (90 см/с) волну припоя. Пайка на таком оборудовании не оставляет перемычек между проводниками, расположенными с шагом 0,15 мм и более.

Первая волна формируется турбулентной и узкой, она исходит из сопла под большим давлением (рис. 8.3). На этом этапе обеспечивается полное смачивание и оплавление всех контактных точек на плате. Турбулентность и высокое давление потока припоя способствуют получению качественных соединений, исключая формирование полостей с лазообразными продуктами разложения флюса. Однако, турбулентная волна все же образует перемычки припоя, которые разрушаются второй, более пологой, с меньшей скоростью истечения. Вторая волна удаляет излишки припоя и устраняет перемычки, а также завершает формирование галтелей.

Рис. 8.3. Схематическое представление процесса пайки двойной волной припоя

Каждая волна формируется с помощью специальной щели и магнитного поля, направленного вертикально относительно поверхности припоя, поэтому амплитуда волны, а следовательно, и высота пайки регулируются автоматически. Наклон конвейерной ленты с платами под углом 7 – 10° обеспечивает лучшее смачивание припоем паяемых участков. Рекомендуемый температурновременной режим всего процесса микроконтактирования представлен на рис. 8.4.

Пайку двойной волной припоя наиболее целесообразно применять для одного типа КП: с традиционными компонентами на лицевой стороне и монтируемыми на поверхность простыми компонентами (чипами и транзисторами) на обратной. Некоторые компоненты для ТПМ (даже пассивные) могут быть повреждены при погружении в припой во время пайки.