книги из ГПНТБ / Методы стабилизации параметров полупроводниковых приборов [сборник статей]

ПОДБОР ЗАЩИТНОГО п о к р ы т и я КРЕМНИЕВЫХ ПРИБОРОВ

А.В. СКУТНЕВ, Г. Г. КУСОВА

Защита полупроводниковых приборовпокрытиями на ос­ нове органических соединений — наиболее испытанный и часто используемый метод. При этом в качестве связующего употребляются самые различные полимерные материалы [1—4]. Широко применяются лаки на основе кремнийорганических и эпоксидных соединений.

Кремнийорганические полимеры — класс высокомолеку­ лярных соединений, отличающийся тем, что в построении главной цепи полимера участвует атом кремния. В кремнийорганических полимерах проявляется преимущество силоксановой связи — ее высокая термическая устойчивость. Вмес­ те с тем углеводородные радикалы придают полимерам гиб­ кость, эластичность и способность растворяться в органичес­ ких растворителях. Чем больше органических радикалов, приходящихся на один атом Si, тем выше эластичность поли­ мера, морозо- и водостойкость.

Чистые кремнийорганические лаки растрескиваются при низких температурах, хрупки, имеют недостаточную адгезию к поверхности кремния. Для придания лакам комплекса не­ обходимых свойств их модифицируют. Модификация может быть произведена как в процессе синтеза органосилоксанов, так и механическим смешиванием полиорганосилоксанов с органическими смолами [5], вулканизированным каучуком с серой [6], с соединениями, имеющими низкую упругость па­ ра (ализарином) [7]. Смешением гидролизата органосило­ ксанов с глифталевой и эпоксидной смолами получен элек­ троизоляционный лак для полупроводниковых приборов '[8]. Однако применение этих материалов в полупроводниковой технике не решает полностью проблему стабилизации пара­ метров приборов.

20

Как правило, кремнийорганпческие смолы плохо совме­ щаются с большинством применяемых в промышленности пластификаторов. Нами была сделана попытка модифици­ ровать лак КО-815, представляющий собой раствор полифенилсилоксановой и глифталевой смол в толуоле, пластифи­ каторами: ди(гексилоксиметил) - и ди(гептилоксиметил)ди­ фенилметаном. Эти пластификаторы имеют сравнительно низкую летучесть, хорошие диэлектрические свойства, не име­ ют в своем составе групп, способных влиять на поверхност­ ные явления в полупроводнике. К недочетам этого лака можно отнести повышенную хрупкость при низких темпера­ турах, недостаточную прочность на удар. Для оценки воз­ можного применения в качестве пластификаторов лака КО-815 простых эфиров дифенилметана изучалась их со­ вместимость. Критерием совместимости принято считать ко­ личество пластификатора, которое, будучи введено в систе­ му, не влечет за собой выпотевания. побеления или других признаков изменения внешнего вида пленок [9]. ■

Количество пластификатора варьировалось в пределах О—100% от содержания сухого остатка лака. Результаты испытаний-представлены в таблице 1.

Таблица !

Совместимость пластификаторов с лаком КО-815

Анализируя полученные результаты, можно сделать вы­ вод, что лак КО-815 совмещается с простыми эфирами ди­ фенилметана в пределах 50—80% от веса сухого остатка ла­ ка.

Главной целью применения пластификаторов является мо­ дификация механических свойств полимеров. Для сравни­ тельной оценки пластификаторов необходимо сохранять оди­ наковые условия приготовления образцов и их испытаний. При изучении влияния пластификаторов на механические свойства лака КО-815 содержание пластификатора варьиро­

21

валось в пределах от 5 до .20% от веса сухого остатка. Увеличсние количества пластификатора свыше 20% удлиняет время высыхания лака и по технологическим причинам не­ целесообразно. Испытания проводились в соответствии с ГОСТами. Результаты испытаний физико-механических свойств пластифицированных и непластифицированных пле­ нок приведены в таблице 2.

тификатора 10%. Добавление такого количества эфира не­ значительно повышает время высыхания и повышает проч­ ность на изгиб и удар.

Измерение диэлектрических величин чистого лака и лака, пластифицированного различными эфирами, проводилось на универсальном диэлектрометре типа ОН-301. Результаты ис­ пытаний приведены в таблице 3, из которой ясно, что введе­

22

сколько улучшает диэлектрические свойства лака, т. е. плас­ тифицированный лак КО-815 по своим диэлектрическим свойствам может использоваться в качестве электроизоля­ ционного покрытия.

В дальнейшем определялась эффективность защиты крем­ ниевых приборов пластифицированным лаком КО-815. Для сравнения к каждой опытной партии бралась контрольная, защищенная лаком КО-85. Затем опытные и контрольные приборы проходили все операции по технологическому циклу. Качество контролировалось по уровням обратных токов и величинам коэффициентов усиления. Результаты испытаний показали, что после лакировки коэффициент усиления в опытной и контрольной партиях почти не изменяется, а зна­ чения обратных токов уменьшаются в разной степени. Одна­ ко перед циклированием (при распределении по группам) в опытной партии выход приборов высшей группы почти на

Рисунок. Зависимость отношения параметров опытной

партии к контрольной от количества пластификатора; выход годных: после лакировки (1), до циклов (2), после циклов (3), после выдержки при 130° С (4)

23

ТЕРМОСТАРЕНИЕ НЕКОТОРЫХ ЗАЩИТНЫХ ПОКРЫТИЙ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПРИБОРОВ

применяемым для защиты и стабилизации поверхности по­ лупроводника, относятся эпоксидные и кремнийорганические. Они обладают ценными свойствами — хорошая адгезия к материалу подложки, высокие механические и диэлектри­ ческие характеристики. Разнообразие предлагаемых защит­ ных композиций иногда затрудняет выбор оптимального по­ крытия. При этом не всегда можно руководствоваться толь­ ко характеристиками полимерного материала, так как поли­ мерная пленка с подложкой образует систему, которая в дальнейшем и определяет защитные или стабилизирующие свойства материала.

При изучении причин брака приборов нами установлено, что в процессе эксплуатации выход из строя приборов на­ блюдается иногда за счет обрыва проводников. По-видимо­ му, некоторую роль при этом играют внутренние напряжения, возникающие в пленке, защищающей место приварки про­ водников к траверсе. При этом происходит деформация и разрушение покрытия.

Существует несколько методов определения устойчивости органических покрытий к разрушению: термомеханический, консольный и оптический.

Исследованиями [1] установлено, что причиной растрески­ вания покрытий и отслаивания от подложки являются внут­ ренние напряжения, возникающие на стадии формирования пленки и ее старения. Величина внутренних напряжений за­ висит от природы пленкообразующего, растворителя и ус­

25

ловий формирования и эксплуатации пленки. В результате детального исследования герметизирующей способности эпо­ ксидной смолы установлено, что при затвердевании внут­ ренние механические напряжения могут достигать 1000— 1500 кг/см2 [2]. Напряжения, возникающие при формирова­ нии пленок, с течением времени могут уменьшаться за счет релаксации или увеличиваться под влиянием старения.

Адгезия характеризуется величиной отрыва покрытия от подложки. В процессе эксплуатации пленки адгезия ее к подложке может значительно ухудшаться.

Методы определения стойкости пленки к разрушению, применяемые в лакокрасочной промышленности, из-за своей специфичности в полупроводниковом производстве исполь­ зоваться не могут.

В работе [3] предприняты попытки предварительного оп­ ределения пригодности смол для герметизации интегральных схем, приведены основные характеристики влагопроницаемости и способности к влагопоглощению.

Нами предложена предварительная оценка полимерных пленок, используемых для защиты полупроводников, по вре­ мени их разрушения под действием тепла, света и влаги (термостарение полимеров).

Старение полимеров — процесс, при котором под влия­ нием различных факторов изменяется их состав и структура, ухудшаются механические и электрические свойства. Термо­ окисление полимеров инициируется под влиянием тепла и света; это цепная реакция с вырожденным разветвлением. Особенно разрушительно совместное действие воды и света: свет ускоряет окислительные процессы, а вода вызывает рас­ пад С—С-связей окисленных соединений и вымывает продук­ ты деструкции.

Для определения защитных свойств покрытий, работаю­ щих в условиях тропического климата, разработана методи­ ка испытаний стойкости пленки к влажному облучению [4]. При этом на полимерную пленку одновременно действуют повышенная температура, влага и УФ-облучение, т. е. ' про­ исходит ускоренное старение покрытия. Мы исследовали воз­ можность предварительной оценки полимерных покрытий, используемых для защиты полупроводников, по стойкости к влажному облучению. Приготовленные для этого образцы (пластины кремния с высушенным покрытием — ФЛ-32, ЭП-074, фенилон 4-С) помещалли в ванну с дистиллированной водой: температура ванны 50°С, Над пластинами ставили

26

ЗАЩИТА ТРАВЕРС НОЖЕК КРЕМНИЕВЫХ ПРИБОРОВ ЭЛЕКТРОИЗОЛЯЦИОННОЙ ЭМАЛЬЮ ЭП-9!

В. В. ЧЕРНЫШОВ, А. А. ПРОШКИНА, Л. А. ПЕВГОВА, Е. В. ВОЛЬНОВА

Предварительными исследованиями нами было установле­ но, что нарушение Контакта внутрисхемных соединений про­ исходит в результате коррозии в месте сварки алюминиевой проволоки с золоченой траверсой, вызываемой малейшим наличием влаги в окружающей среде. Поэтому наряду с различными технологическими, приемами, обеспечивающими сборку в ’осушенной газовой среде, герметичность корпусов, обработку ингибиторами коррозии, возникает необходимость в дополнительной защите сварных соединений от воздей-

Рис. 1. Гистограмма распределения приборов по коэффи­

циенту усиления Р при циклировании: ЭП-91 (1) и ЭП-96 (2)

29