187

10 КОНСТРУКТИВНОЕ ОФОРМЛЕНИЕ И ЗАЩИТА МИКРОСХЕМ

10.1 Корпуса микросхем

Корпуса служат для защиты микросхем от механических, климатических и других воздействий. Важнейшие требования, которым должна отвечать конструкция корпуса, сводятся к следующему:

а) защита микросхем от влияния окружающей среды и механических воздействий;

б) поддержание чистоты и стабильности атмосферы, окружающей микросхему;

в) обеспечение удобства и надежности монтажа; г) отвод тепла от микросхемы, размещенной внутри корпу-

са;

д) обеспечение надежного электрического соединения контактных площадок микросхем с выводами корпуса;

е) обеспечение надежного крепления корпуса при монтаже в аппаратуре.

Кроме того, конструкция корпуса должна иметь высокую надежность, обладать коррозионной и радиационной стойкостью, а также быть простой и экономичной в изготовлении.

Настоящее время разработано большое количество различных типов корпусов для микросхем, причем для обеспечения взаимозаменяемости и ограничения их номенклатуры проведена унификация этих типов. Это позволяет наладить их централизованное производство на специализированных предприятиях.

Корпуса микросхем классифицируют по форме и расположению выводов и по используемому для изготовления материалу. По форме проекции тела корпуса на плоскостьоснования корпуса подразделяются на пять типов (табл.10.1).

188

Таблица 10.1 - Типы корпусов микросхем по ГОСТ 17467-79

189

Телом корпуса называют часть тела без выводов, ограниченную габаритными размерами; установочной плоскостью – плоскость, на которую устанавливаются корпуса микросхем; плоскостью основания корпуса – плоскость, проходящую через нижнюю точку корпуса параллельно установочной плоскости.

Корпуса микросхем, относящиеся к одному и тому же типу, могут разделяться по размерам и количеству выводов. По габаритным и присоединительным размерам типы корпусов делятся на типоразмеры, каждому из которых присваивается шифр, состоящий из номера подтипа и двузначного числа(01-99), означающий порядковый номер типоразмера.

В конструкторской документации корпусам присваиваются условные обозначения, содержащие слово «корпус», шифр типоразмера, цифровой индекс, определяющий число выводов, порядковый регистрационный номер разработки и указания на стандарт. Значительная часть используемых в настоящее время корпусов была разработана до введения в действие нового стандарта и обозначена согласно ГОСТ 17467-72, в котором не были предусмотрены подтипы и отсутствовали корпуса пятого типа. Далее приводятся обозначения типоразмеров согласно новому и старому стандартам.

Шаг расположения выводов корпуса устанавливается -сле дующим: для корпусов второго типа2,5 и 1,25 мм, для корпусов третьего типа угол между двумя соседними выводами составляет 3600/n (n - число выводов), для корпусов пятого типа1,25 мм. Каждому выводу пристраивается номер его позиции, т.е. номер местоположения вывода на выходе из тел корпуса. Нумерация выводов корпусов первого типа с расположением выводов в один ряд ведется от метки (ключа) корпуса в направлении слева направо. Для корпусов первого типа с выводами, расположенными по контуру прямоугольника, нумерация начинается от метки на корпусе по часовой стрелке. Нумерация в корпусах второго типа ведется от метки на корпусе слева направо, а во втором ряду продолжается слева направо. Ключом для первого и второго типа служит точка (выемка, углубление) на крышке корпуса. Для корпусов третьего типа нумерация осуществляется от метки(выступ на основании корпуса) по часовой стрелке. В корпусах четвертого типа первый вывод расширен вблизи основания корпуса. От этого

190

вывода нумерация ведется слева направо, а во втором ряду продолжается справа налево.

Некоторые микросхемы выпускаются в нестандартных корпусах, например «тропа», «трапеция», «акация», «посол», «вага», «кулон», «пенал».

В зависимости от материалов, используемых для изготовления корпусов, различают стеклянные (СТ), металлостеклян-

пованный фланец. Фланец и выводы изготавливаются из коваровой ленты 29НК. Выводы предварительно вырубают в виде общего блока (выводной рамки). Соединение фланца и выводов со стеклоизолятором производят методом горячего литья под давлением. Полученную отливку обжигают для удаления связи, а потом нагревают до образования металлостеклянного спая. Затем коваровые детали никелируют и золотят для получения надежных контактов электродных выводов с выводами корпуса. В выводной рамке имеются два отверстия, служащие для фиксации корпуса при проведении сборочных операций. При сборке микросхем кри-

191

Рис.10.2 - Конструкции металлостеклянных корпусов

4105 (401.14-4) (а) и 3104 (302.8-1) (б)

сталл сначала монтируется на стеклянное основание, после чего осуществляется соединение контактных площадок кристалла и выводов корпуса. Присоединение электродных выводов производится методом термокомпрессионной или ультразвуковой сварки. Завершающей операцией сборки является герметизация корпуса, которая выполняется пайкой никелевой или коварной крышки к фланцу с помощью низкотемпературных припоев. После окончания сборки микросхем выводную рамку обрубают, оставляя выводы заданной длинны.

К металлостеклянным корпусам относятся корпуса, изготовленные из металлического основания с выводами, изолированными стеклом. Герметизация выводов в металлостеклянных корпусах осуществляется стеклянными бусами или стеклотаблетками. Бусой изолируют каждый вывод в отдельности, стеклотаблеткой – группу выводов. В металлостеклянном исполнении выпускаются корпуса - первого, третьего и четвертого типов. На рис. 10.2 представлены конструкции корпусов4105 (401.14-4) и 3104 (302.8-1). Широко используемый корпус 3104 (302.8-1) состоит из баллона и ножки, которая получается сплавлением фланца и вывода со стеклотаблеткой. Фланец из-

192

Рис. 10.3 - Конструкция пластмассового корпуса

2102 (201.14-1)

готовлен из тонколистового ковара 29НК-Т, а выводы – из коваровой проволоки. Стеклотаблетку выполняют из стекла 49С -2 литьем под давлением или прессованием, причем сборкой производят золочение ножки. В процессе сборки на ножку напаивают кристалл с помощью эвтектического сплава -золото кремний, а затем с помощью тонких золотых проводников присоединяют контактные площадки микросхем с выступающими концами выводов корпуса на ножке. Герметизацию корпуса производят контактной (конденсаторной) сваркой ножки с баллоном. Корпус такого типа вначале был разработан для транзисторов средней мощности, а затем усовершенствован для микросхем. Технология изготовления этих корпусов хорошо отработана, что в конечном итоге снижает стоимость герметизируемых в них микросхем. Однако при создании блоков микроэлектронной аппаратуры рассматриваемая конструкция не позволяет получить высокую степень упаковки.

Пластмассовый корпус 2102 (201.14-1) показан на рис. 10.3. Основу конструкции корпуса составляет рамка с ленточными выводами. Рамку получают путем штамповки коваровой или никелевой ленты. На рамке имеются технологические перемычки, которые удаляются после герметизации. На выводах рамки, в местах присоединения проволочных выводов от микросхемы, напыляется золото. Для увеличения механической прочности

кристалла и проволочных выводов структуру предварительно

194

полимерные корпуса применяются для герметизации толстопленочных и тонкопленочных гибридных микросхем.

Выбор того или иного типоразмера корпуса определяется в первую очередь требованиями к качеству герметизации, а также к электрической и механической прочности, тепловому сопротивлению, объему, массе и методу монтажа на печатной плате.

Стеклянные, металлостеклянные, керамические и металлокерамические корпуса обеспечивают вакуумно-плотную герметизацию в условиях длительного воздействия механических нагрузок, тропической влажности и изменения температуры окружающей среды от –60 до + 125 0С. Количественной оценкой качества является скорость натекания, которая в вакуумноплотных корпусах составляет 10–7–10–8 см3/с. При менее жестких условиях эксплуатации при изменении температуры окружающей среды от –60 до +70 0С и допустимой скорости натекания 10–4–10–5см3/с целесообразно использовать более простые по конструкции и технологии металлополимерные корпуса. Герметизацию микросхем, предназначенных для работы в обычных условиях (бытовая радиоэлектронная аппаратура, цифровые вычислительные и управляющие устройства промышленной электроники), можно производить с помощью пластмассовых корпусов. Герметичность таких корпусов достаточно низкая, что прежде всего обусловлено трудностью получения герметичного соединения между пластмассой и металлическими выводами, т.к. их коэффициенты термического расширения отличаются примерно на порядок.

Тепловое сопротивление корпуса зависит от используемых материалов, габаритных размеров и толщины корпуса. Для большинства корпусов микросхем первой степени интеграции тепловое сопротивления составляет 0,1–0,20С/ мВт.

Установка и монтаж корпусированных микросхем на - пе чатных платах осуществляются методами пайки и сварки. Микросхему устанавливают на печатной плате чаще всего линейномногорядным способом, т.е. в виде параллельных рядов на определенных расстояниях друг от друга, называемых шагами установки. Шаг установки микросхемы зависит от типа корпуса. Корпусированные микросхемы можно устанавливать на плату с зазором через диэлектрическую или теплоотводящую прокладку

195

и вплотную. При перпендикулярной ориентации выводов микросхемы относительно площадки печатной платы закрепление выводов осуществляется с помощью монтажных отверстий.

Таблица 10.2 - Характеристики корпусов микросхем

В ряде случаев для учета требований, предъявляемых допустимыми радиусами изгиба, расстоянием изгиба от корпуса, технологией пайки и т.д., предусматривается специальная формовка выводов. Например, при установке микросхем в корпусах третьего типа возможны три варианта: с прямыми выводами (диаметр окружности выводов 5 мм), с формированными (диаметр окружности выводов 7,5 мм) и с перевернутым корпусом и формированными выводами (диаметр окружности 12,5 мм).

Технические характеристики некоторых корпусов приведены в табл. 10.2. Размеры корпуса определяются в основном размерами кристалла или платы, которые подлежат размещению в

корпусе. Число выводов корпуса должно быть согласовано с числом внешних выводов от кристалла или платы. Допускается применять корпуса с большим, чем это необходимо по схеме,