229

Герметизация является завершающим технологическим процессом изготовления полупроводниковых приборов и ИМС, её проводят для полной изоляции элементов, компонентов, кристаллов и электрических соединений от окружающей среды, содержащей влагу, а также активные вещества, способные вызвать коррозию, химические взаимодействия и, как следствие, привести к выходу изделий из строя.

Технологические способы герметизации микросхем должны удовлетворять следующим общим требованиям:

обеспечивать прочность и сохранять герметичность во всем температурном диапазоне работы схемы;

не вызывать нагрева активных элементов свыше 300°С;

не вызывать выделения газов и паров металлы внутри корпуса;

выполняться в среде очищенного и осушенного воздуха, азота или инертного газа с точкой росы не выше –25°С;

обеспечивать возможность механизации и автоматизации.

Особенно опасно воздействие на элементы микроэлектронных устройств влаги.

При этом все герметизирующие изделия можно подразделить на две принципиально различные группы:

1.Полые конструкции, в которых рабочая поверхность изделия не контактирует непосредственно с герметизирующим материалом;

2.Конструкции без внутренних газовых полостей, в которых герметизирующий материал контактирует с рабочей поверхностью изделия (монолитные конструкции).

К первой группе относятся металлостеклянные, керамические, пластмассовые и другие корпуса, вторая группа состоит из бескорпусных изделий и монолитных пластмассовых корпусов (рис. 14.13).

Рис. 14.13 а – полый металлостеклянный корпус; б – монолитный пластмассовый:

1 – основание; 2 – крышка; 3 – выводы; 4 – подложка; 5 – навесной компонент с герметизирующим покрытием; 6 – кристаллодержатель с ИС и эластичным подслоем; 7 – пластмассовая оболочка

14.3. Монтаж приборов в корпус

Микросхемы выпускаются в двух конструктивных вариантах – корпусном и бескорпусном.

230

Бескорпусная микросхема – это полупроводниковый кристалл, предназначенный для монтажа в гибридную микросхему или микросборку.

Корпус имеет выводы, с помощью которых микросхему монтируют на печатную плату. Контактные площадки платы ИС электрически соединены с выводами корпуса.

Герметизация в корпусы предполагает предварительное изготовление основания с изолированными выводами, крышки корпуса, вспомогательных деталей.

В зависимости от материалов корпуса делятся на следующие типы:

металлостеклянные, стеклянные, керамические, металлополимерные, пластмассовые, полимерные.

Наиболее дешевыми являются полимерные корпуса, получаемые путем опрессовки микросхемы компаундом. Полимерные корпуса используют в основном для толстопленочных гибридных и полупроводниковых интегральных микросхем, работающих в нормальных условиях (промышленная и бытовая аппаратура).

корпуса

металлостеклянные стеклянные

пластмассовые полимерные

Рис. 14.14.

Основные требования, предъявляемые к корпусу, следующие:

механическая прочность и герметичность, обеспечивающие надежную защиту микросхемы от воздействия окружающей среды и механических повреждений;

высокая теплопроводность;

возможность надежного электрического соединения контактных площадок микросхем с выводами корпуса;

возможность надежного крепления микросхемы при монтаже в аппаратуре;

простота изготовления и герметизации;

низкая стоимость.

Металлические детали корпусов изготавливают холодной штамповкой на механических штампах; металлостеклянные узлы получают сплавлением в конвейерных печах; детали из вакуум-плотной керамики изготавливают методом горячего литья. Для соединения керамических деталей с металлическими керамику металлизируют с помощью паст или фольги.

232

Рис. 14.17 Современные интегральные микросхемы, предназначенные для поверхностного монтажа

Можно выделить 4 типа корпусов:

с вертикальными выводами, расположенными перпендикулярно

безвыводные корпуса (металлизация контактных площадок на боковых стенках корпуса)

с шариковыми выводами на нижней плоскости корпуса

С вертикальными выводами

DIP – (Dual Inline Package) – корпус с двумя рядами контактов (рис. 14.18). В зависимости от материала корпуса выделяют два варианта исполнения:

Рис. 14.18 Корпус DIP – (Dual Inline Package)

• PDIP (Plastic DIP) – имеет пластиковый корпус; CDIP (Ceramic DIP) –

имеет керамический корпус;

PGA – (Pin Grid Array) – корпус с матрицей выводов (рис. 14.19).

233

Рис. 14.19 Корпус PGA (Pin Grid Array)

Представляет собой квадратный или прямоугольный корпус с расположенными в нижней части штырьковыми контактами. В современных процессорах контакты расположены в шахматном порядке. В зависимости от материала корпуса выделяют три варианта исполнения:

•PPGA (Plastic PGA) – имеет пластиковый корпус;

•CPGA (Ceramic PGA) – имеет керамический корпус;

•OPGA (Organic PGA) – имеет корпус из органического материала; Существуют следующие модификации корпуса PGA:

•FCPGA (Flip-Chip PGA) – в данном корпусе открытый кристалл процессора расположен на верхней части корпуса. • FCPGA2 (Flip-Chip PGA 2) – отличается от FCPGA наличием теплораспределителя, закрывающего кристалл процессора.

•μFCPGA (Micro Flip-Chip PGA) – компактный вариант корпуса FCPGA.

•μPGA (Micro PGA) – компактный вариант корпуса FCPGA2.

Для обозначения корпусов с контактами, расположенными в шахматном порядке иногда используется аббревиатура SPGA (Staggered PGA).

С плоскими выводами

PLCC – (Plastic Leaded Chip Carrier) (рис. 14.20) и СLCC

представляют собой квадратный корпус с расположенными по краям контактами, предназначенный для установки в специальную панель (часто называемую «кроваткой»). В настоящее время широкое распространение получили микросхемы флэш-памяти в корпусе PLCC, используемые в качестве микросхемы BIOS на системных платах.

QFP – (Quad Flat Package) – семейство корпусов микросхем, имеющих планарные выводы, расположенные по всем четырём сторонам (рис. 14.21).

234

Микросхемы в таких корпусах предназначены только для поверхностного монтажа; установка в разъём или монтаж в отверстия штатно не предусмотрен, хотя переходные коммутационные устройства существуют. Количество выводов QFP микросхем обычно не превышает 200, с шагом от

0,4 до 1,0 мм.

Рис. 14.20 PLCC – (Plastic Leaded Chip Carrier)

Рис. 14.21 Корпус QFP – (Quad Flat Package)

Безвыводные корпуса

LCC – (Ceramic Leadless Chip Carrier Packages (CLCCs) – представляет собой низкопрофильный квадратный керамический корпус с расположенными на его нижней части контактами, предназначенный для поверхностного монтажа (рис. 14.22).

С шариковыми выводами

BGA – (Ball Grid Array – массив шариков) – представляет собой корпус PGA, в котором штырьковые контакты заменены на шарики припоя (рис. 14.23). Предназначен для поверхностного монтажа. Чаще всего используется в мобильных процессорах, чипсетах и современных графических процессорах. Существуют следующие варианты корпуса BGA: