ЛР ПИМС и МП / ЛР ИССЛЕДОВАНИЕ ТОПОЛОГИИ И МОНТАЖА МИКРОСБОРОК / Приложение / Сборка и герметизация / Герметизация / ГЕРМЕТИЗАЦИЯ ИМС

6

ГЕРМЕТИЗАЦИЯ

ИНТЕГРАЛЬНЫХ МИКРОСХЕМ

В процессе хранения и эксплуатации ИМС подвергаются внешним воз­действиям, которые обусловлены чаще всего изменением температуры или влажности окружающей среды, увеличением или уменьшением атмосфер­ного давления, присутствием активных веществ в окружающей атмосфере, наличием вибраций, ударов и другими факторами. Для защиты микро­схем от таких воздействий предусматривается комплекс специальных мер. Наиболее широкое распространение в настоящее время получили два способа защиты микросхем: бескорпусная защита и корпусная защита (с использованием различных типов корпусов).

Выбор конструктивно-технологического варианта исполнения бескор­пусной защиты определяется в первую очередь назначением и требова­ниями, предъявляемыми к защищаемой микросхеме. Например, если предусматривается защита сборочной единицы, в состав которой входит бескорпусная микросхема, то предварительно производится лишь проме­жуточная технологическая защита микросхемы, обеспечивающая стабиль­ность ее параметров на этапе изготовления. Если же бескорпусная микро­схема выпускается в виде самостоятельного изделия, то ее защита осу­ществляется с учетом всего комплекса климатических и механических воздействий, предусмотренных техническими условиями на данную микро­схему.

Для бескорпусных ИС в условное обозначение через дефис вводится цифра, соответствующая конструктивному исполнению: с гибкими выводами - 1; с паучковыми, в том числе на полиимидной пленке - 2; с жесткими выводами – 3; неразделенные на пластине – 4; разделенные без потери ориентации (например, наклеенные на пленку) – 5; без выводов – 6. Например, КБ151НТ1-6.

Особые требования в случае бескорпусной защиты предъявляются к химической чистоте и термостойкости герметизирующих покрытий, к их физико-механическим свойствам, влагопоглощению. Кроме того, гермети­зирующие материалы должны обеспечивать не только высокую жесткость создаваемой конструкции, но и устойчивость ее к различным видам воз­действий.

Для бескорпусной защиты гибридных ИМС используются в основном неорганические и органические полимерные материалы. Наиболее широ­ко применяемые для этих целей материалы и методы их нанесения приведены в табл. 8.1. Более высокой надежностью характеризуются покры­тия из неорганических материалов, однако бескорпусная защита на осно­ве органических полимерных материалов дешевле.

Если в процессе эксплуатации или хранения микросхем требуется за­щита, обеспечивающая их работоспособность в течение длительного про­межутка времени, то в этом случае рекомендуется применять корпусную защиту. Причем корпуса должны отвечать следующим основным требо­ваниям: обладать достаточной механической прочностью и коррозионной стойкостью; иметь минимальные размеры; обеспечивать чистоту среды, окружающей микросхему; позволять легко и надежно выполнять электрическое соединение между элементами микросхемы и печатной платы, на которую устанавливается микросхема; обеспечивать минимальные па­разитные емкости и индуктивности конструкции; обеспечивать надежную изоляцию между токопроводящими элементами; быть герметичными и предотвращать проникновение влаги к защищаемой микросхеме; обеспечивать минимальное тепловое сопротивление между микросхемой, разме­щенной внутри корпуса, и окружающей средой; защищать микросхему от воздействий электромагнитного поля и радиоактивного излучения; обеспе­чивать возможность автоматизации процесса сборки; иметь минималь­ную стоимость и др.

Для герметизации гибридных микросхем преимущественное применение находят металлостеклянные, металлокерамические, металлополимерные и полимерные корпуса типов 1 и 4 (по ГОСТ 17467—79).

Для герметизации полупроводниковых ИМС используются в основном поли­мерные (пластмассовые) и керамические корпуса типа 2, металлостеклян­ные типа 3 и металлокерамические, металлостеклянные (стеклянные), а также металлополимерные (полимерные) типа 4.

Наиболее герметичными являются металлостеклянные и металлокера­мические корпуса, которые обеспечивают также минимальное тепловое сопротивление между микросхемой и окружающей средой. Однако их применение в ряде случаев сдерживается высокой стоимостью. Наиболее дешевыми являются металлополимерные и полимерные (пластмассовые) корпуса, которые защищают ИМС от механических воздействий, однако являются наименее герметичными.

В зависимости от требований, предъявляемых к микросхеме, техноло­гии изготовления и заданного метода монтажа микросхемы на печатной плате выбирается вариант конструктивного исполнения корпуса. Некото­рые варианты конструктивного исполнения корпусов представлены на рис. 8.13.

По конструктивному исполнению корпуса для герметизации как гиб­ридных, так и полупроводниковых ИМС существенно не различаются. Отличаются лишь методы уста­новки и крепления плат или кри­сталлов в корпусах.

Плату гибридных интеграль­ных микросхем рекомендуется устанавливать в корпус симмет­рично относительно выводов (в технически обоснованных случаях допускается и несимметричность установки платы). Крепление платы к основанию осуществля­ется с помощью пайки или при­клейки. Толщина клеевого слоя составляет 50—100 мкм.

Установ­ка навесных компонентов на пла­ту, основание корпуса или на до­полнительную плату (рис. 8.14) производится в соответствии с требованиями, изложенными в ОСТ 4ГО.010.043. Рекомендуе­мые варианты установки и креп­ления навесных компонентов, а также присоединения их выводов показаны на рис. 8.15. Для креп­ления навесных компонентов ши­роко используются клеи марок Д-9 или ВК-9. Иногда для дополнительной защиты плату с на­весными компонентами заливают компаундом.

При этом заливку осуществляют с сохранением под крыш­кой свободного объема или с его заполнением. Рекомендуемая толщина слоя заливки, обеспечивающая влагозащиту микросхемы, должна быть не менее 1,5 мм.

Кристалл полупроводниковой интегральной микросхемы рекомендует­ся устанавливать в геометрическом центре корпуса. Крепление кристалла к основанию осуществляется чаще всего пайкой твердым припоем. Ино­гда кристалл к основанию крепится с помощью легкоплавких стекол. Ва­риант крепления кристалла выбирают в зависимости от типа корпуса и необходимости электрического контакта кристалла с корпусом. При креп­лении кристалла в металлостеклянном корпусе, как правило, используют твердый припой, который представляет собой эвтектический сплав на основе золота и германия или золота и кремния с температурой плавле­ния 356 и 370 °С соответственно. Изоляции кристалла от основания кор­пуса в данном случае не требуется, так как подложка полупроводниковой микросхемы всегда имеет самый низкий потенциал. Вариант крепления кристалла к основанию корпуса показан на рис. 8.16.

Для герметизации гибридных и полупроводниковых ИМС в корпусах используют следующие способы: аргонно-дуговую сварку, контактную сварку, роликовую сварку, электронно-лучевую или лазерную сварку, пай­ку мягкими или твердыми припоями и склеивание.