Tekhnologiya_sborki_integralnyh_skhem

Электролитическое травление заключается в анодном растворении полупроводника в растворе электролита. По окончании травления кристаллы или блоки арматур тщательно промывают до полного удаления травильных растворов. Для промывки применяют особо чистую – деионизованную воду с удельным сопротивлением ρ = 5–25 МОм·см. Далее пластины и кристаллы сушат в установках инфракрасной и ультрафиолетовой сушки, вакуумных или обычных термостатах при 110–120 °С.

7.3.Защита с помощью лаков, эмалей, компаундов

икремнийорганических вазелинов

Наиболее простым и довольно широко распространенным в промышленности способом защиты при сборке является лакирование. Лакирование применяют также перед герметизацией как дополнительную или вторичную защиту. Лак или эмаль наносят на силановую пленку или окисную пленку планарных структур, что способствует стабильности электрических параметров, особенно при повышенных температурах.

На отдельных приборах лакирование способствует механическому укреплению соединений после разводки выводов.

Требования, предъявляемые к защитным полимерным материалам, являются общими для всех защитных покрытий. Важно подчеркнуть, что защитное покрытие на основе полимерных материалов должно обладать минимальной кислотностью, не содержать активных компонентов и иметь ряд технологических качеств: не слишком большое время сушки и полимеризации; время жизни материала и время его хранения, удобные для производства.

Минимально допустимое значение удельного объемного сопротивления материала для защиты переходов может быть найдено по формуле

ρv = RS / l,

где ρv – удельное объемное сопротивление защитного материала; R – сопротивление перехода;

S – площадь сечения защитного покрытия, перпендикулярного направлению тока;

l – ширина перехода.

200

Обычно удельное объемное сопротивление составляет 1 1011–

–1 1012 Ом.см.

Метод лакирования достаточно прост. Он заключается в том, что полупроводниковая структура или место соединения выводов обволакивается каплей защитного материала, затем ее подвергают сушке при повышенных температурах по определенному режиму.

Лаками называют жидкие материалы, которые являются растворами пленкообразующих веществ (лаковой основы) в летучих растворителях. После удаления из лака растворителя пленкообразующее вещество превращается в твердую лаковую пленку. Наиболее распространенными пленкообразующими являются различные смолы, битумы.

Эмали представляют собой композиции из лаков с введенными в них органическими пигментами (табл. 7.2).

Таблица 7.2

Характеристика защитных материалов

Окончание табл. 7.2

Примечание. Эмаль АС-539, лаки МК-4У, К-55, лак-сульфон З-И и компаунд КЖ-25 предназначены для защиты поверхности электронно-дырочных переходов; эмаль КО-97 и компаунды МБК-3 и ЭКМ, кроме того, и для крепления выводов; компаунд КЛТ-30 – для изоляции монтажа, гибридных микросхем и защиты поверхности по окисной пленке, а ВГО-1 и эластосил 11-02 – для защиты поверхности полупроводниковых структур.

202

Пигменты улучшают твердость покрытия, нагревостойкость, влагостойкость. В процессе высыхания эмалей пигменты вступают в химическиереакции с лаковойосновой и образуютплотное покрытие.

Кроме эмалей, указанных в табл. 7.2, в промышленности используют так называемые эпоксиэмали ЭП-91 и ЭП-92, которые представляют собой суспензию пигментов на основе окиси хрома в эпоксидном лаке. Эмали ЭП-91 и ЭП-92 успешно применяют для защиты бескорпусных полупроводниковых приборов, служащих в качестве активных компонентов в гибридных микросхемах.

Компаундами называются смеси смол, битумов, жидкие или размягчающиеся до жидкого состояния при применении, в конечном состоянии отвержденные (табл. 7.2). В отличие от лаков и эмалей они не содержат растворителей.

Нельзя дать рекомендации на применение того или иного защитного покрытия для определенной группы или типа приборов.

Каждое покрытие имеет свои достоинства и недостатки, и практически нет такого материала, который удовлетворял бы всем требованиям, предъявляемым к защитным покрытиям. Выбор покрытия поэтому определяется только конкретными данными прибора или микросхемы: системой электрических параметров, диапазоном рабочих температур и мощностью рассеяния корпуса, полупроводниковым материалом, климатическими условиями, назначением самой защитной операции (крепление монтажа, защита перехода и др.).

При всей простоте метод лакирования имеет ряд недостатков, связанных в основном с качеством защитных материалов: длительным циклом отверждения, невоспроизводимостью результатов в зависимости от партий лака, несплошностью защитной пленки (так как большинство таких материалов содержат летучие растворители), слабой прочностью части материалов при циклических изменениях температур.

Технологический процесс лакирования состоит из подготовки лака или эмали; нанесения защитного покрытия; сушки защитного покрытия; определения отверждения лака, эмали; контроля качества защиты арматур.

Наиболее рационально с целью устранения вредного воздействия влаги операцию лакирования проводить в атмосфере с очень низкой относительной влажностью. Такую среду можно получать в специальных скафандрах. Скафандр представляет собой замкнутую

203

камеру с вводимым под небольшим давлением инертным газом – азотом или аргоном, прошедшим через осушительную колонку. Избыточное давление в скафандре препятствует проникновению в него наружного воздуха.

Резиновые диафрагмы в передней панели скафандра позволяют оператору работать без значительного нарушения герметичности. Чтобы влага не испарялась с рук, применяют резиновые перчатки.

Азот очищают до содержания кислорода не более 1 10–4 % и точки росы порядка –70 °С.

Перед началом работы инструмент, приспособления и химическую посуду протирают спиртом. У эмалей и лаков определяют вязкость с помощью вискозиметра, так как от этого свойства очень сильно зависит их растекаемость по поверхности структур. Перед употреблением лаки и эмали тщательно размешивают до получения однородного состава. Лак наносят с помощью иглы, шприца, окунанием.

Мезаструктуру (рис. 7.4) покрывают эмалью с помощью иглы. Кончик иглы опускают в тигель с эмалью и затем наносят ее на структуру с переходом таким образом, чтобы она закрыла кристалл и никелевую проволоку электрода на высоту 0,1–0,3 мм. На арматуру (рис. 7.5, 7.6) также наносят защитное покрытие с помощью иглы, причем компаундом 4 (рис. 7.5) закрывают арматуру, которая после сплавления и химической обработки уже покрыта слоем силана.

аб

Рис. 7.4. Мезаструктура, защищенная компаундом с помощью иглы:

а– до защиты; б – после защиты; 1 – держатель; 2 – кристалл кремния; 3 – индиевый электрод; 4 – защитная эмаль; 5 – никелевый вывод

204

Для укрепления места сварки выводов на эпитаксильную p–i–n- структуру (рис. 7.7) наносят защитное покрытие шприцем. В шприц набирают лак и осторожно небольшими порциями закрывают им поверхность структуры с припаянной плющенкой.

Рис. 7.7. Внешний вид p–i–n-структуры с защитным покрытием: 1 – вывод (плющенка); 2 – p–i–n-структура; 3 – держатель;

4 – защитное покрытие

Наиболее трудоемкой является операция лакирования тех структур, где надо защищать только переход, выходящий на боковые поверхности кристалла, не затронув его нижней и верхней поверхно-

205

стей, так как после лакирования к кристаллу припаивают выводы и производят монтаж.

Предварительная защита диодной матрицы осуществляется на приспособлении (рис. 7.8). Диодные матрицы, смонтированные на специальных рамках, загружают в пазы станины приспособления (рис. 7.9), и вращающийся (от электродвигателя) диск начинает перемещать рамку. На одном валу с этим диском насажен другой (фторопластовый) диск 6 с желобом для лакировки, в который непрерывно поступает из капельницы (баллончика с компаундом) защитная эмаль. При подходе рамки 3 под фторопластовый диск 6 кристалл диодной матрицы окунается в желобок с эмалью.

Эмаль полностью обволакивает структуру с переходом. Рамки в приспособление загружают практически беспрерывно. Арматуры, защищенные эмалью, поступают в специальные кассеты и по транспортеру передаются на следующую операцию для полимеризации эмали. Полимеризация проходит в камере печи инфракрасной сушки. После определенной выдержки кассету извлекают и производят контроль по внешнему виду под микроскопом.

206

пленки зависит величина механических напряжений, а следовательно, и электрические параметры. Во время лакирования необходимо следить за тем, чтобы золотые или алюминиевые проволочки, с помощью которых осуществляется электрический монтаж, не касались друг друга, кристаллов и площадок для сварки, кроме тех, к которым приварены.

Эмаль периодически перемешивают, а загустевшую эмаль разбавляют растворителем до нужной консистенции.

После нанесения лака или эмали структуры сушат для удаления растворителей и глубокой полимеризации. Для этого арматуру или кристаллы с нанесенным слоем лака или эмали в специальных кассетах или лодочках помешают в вакуумные сушильные шкафы, печи инфракрасной сушки или обычные термостаты. Режимы сушки (температура, время выдержки) определяются характером и типом выбранного защитного покрытия.

Контроль качества залакированных структур осуществляется внешним осмотром невоооруженным глазом или под микроскопом. Не допускается затекания лака на поверхности кристалла и элементы конструкции арматур, где это может препятствовать качественному выполнению дальнейших сборочных операций (пайке на держатель, присоединению выводов и герметизации). Не должно быть незалакированных участков на структурах с переходом, выходящим на поверхность. Нанесенный лак не должен отслаиваться от кристалла, поверхность его не должна иметь трещин и быть пористой.

207

Иногда дополнительно контролируют качество отверждения защитного покрытия. Так, арматуру, защищенную эмалью ЭП-91, выдерживают в полиэтиленполиамине в течение 16–20 ч. При этом цвет эмали не должен меняться. Появление голубого ореола вокруг арматуры указывает на неполную полимеризацию эмали.

Перед отправкой залакированных структур на следующие операции обычно проверяют их электрические параметры. Это делают для того, чтобы оцепить качество лакировки и сушки и своевременно выявить и устранить причины брака.

Залакированные и высушенные структуры в период контроля, сборки, а также перед поступлением на дальнейшие операции хранят в эксикаторах с осушителями.

В производстве полупроводниковых приборов и ИС может применяться защита арматур с помощью кремнийорганического вазелина, иногда в сочетании с влагопоглощающими добавками, вводимыми в капсулу прибора. Изоляционный вазелин представляет собой смесь кремнийорганической жидкости с мелкодисперсным наполнителем в виде вязкой пасты. В промышленности применяют кремнийорганические вазелины КВ-2А, КВ-3 и др. Удельное объемное сопротивление вазелинов типа KB в рабочем диапазоне температур

не менее 1012 Ом см, электрическая прочность порядка 15 кВ/мм. Для защиты структур отдельных приборов находит применение

иметод напыления пластмасс из псевдоожиженного слоя. Этот метод известен давно, но для защиты полупроводниковых структур стал применяться в последнее время. Так же, как и лакирование, он отличается простотой технологического процесса и не требует сложного

идорогостоящего оборудования. При его помощи можно получить тонкую сплошную пленку покрытия. На поверхность полупроводниковой структуры наносят порошок полимера, находящийся в псевдоожиженном состоянии, и затем его оплавляют. Псевдоожиженный слой представляет собой аэродисперсию, в «кипящем» состоянии которой под влиянием внешних факторов (вибраций, газового поддува и др.) частицы быстро перемещаются с одного места на другое. По своим свойствам «кипящий» слой напоминает маловязкую жидкость.

Изделие, передвигаясь в таком слое, почти не встречает сопротивления. Однако законы, управляющие перемещением частиц в порошках, существенно отличаются от законов кипения жидкостей (отсюда и название способа – «псевдоожижение»).

208

Одним из способов нанесения пластмасс на поверхность структур является вибровихревой (рис. 7.11), который заключается в том, что в загрузочной камере с помощью сжатого воздуха и вибрации создают «кипящий» слой порошкообразного материала. Порошок оседает на поверхность нагретых подвешенных арматур и прилипает к изделиям. Затем арматуру с нанесенным слоем порошка выдерживают при 150–200 °С

в течение нескольких часов для оплавления и полимеризации пластмассы. В качестве материала, используемого для получения псевдоожиженного слоя, часто применяют порошки на эпоксидной основе.

Основными факторами, влияющими на качество покрытия, являются время выдержки изделий в псевдоожиженном слое, высота слоя порошкообразного компаунда, давление или скорость подаваемого воздуха, амплитуда и частота вибраций. При чрезмерном разжижении порошка, т. е. при большом давлении воздуха, создается низкая концентрация порошка в слое, что приводит к неравномерному покрытию. При очень низком давлении затруднительно вообще получить удовлетворительное «кипение» порошка. Роль вибрации в основном сводится к разъединению частиц, в результате чего уменьшается трение между ними, а восходящий поток газа поддерживает частицы во взвешенном состоянии. Немаловажное значение имеет также степень осушки подаваемого сжатого воздуха. Влажность воздуха влияет на характер «кипения» слоя в камере и в итоге на плотность упаковки частиц порошка в осажденном на приборе слое.

7.4. Защита силанированием

Метод силанирования служит для защиты поверхности кремниевых структур (рис. 7.12).

В промышленности применяют в основном два метода получения силановых пленок: 1) в процессе химического взаимодействия

209