Лабораторна робота №12

ВОЛОГОЗАХИСТ ВУЗЛІВ І ГЕРМЕТИЗАЦІЯ МІКРОЗБОРОК ПОЛІМЕРНИМИ МАТЕРІАЛАМИ

Мета лабораторної роботи – вивчення особливостей технологічного процесу і матеріалів, що використовують при вологозахисті вузлів і герметизації мікрозборок електронної апаратури полімерними матеріалами.

Основні відомості

Вологозахист вузлів на друкованих платах, як і пакування (герметизація) мікрозборок, є достатньо складною задачею. Дуже гнучка технологія складання і монтажу дозволяє виготовляти вироби різних розмірів з використанням широкої номенклатури виконань корпусів елементної бази. Вибір методу вологозахисту, пакування (корпусу) визначає розподіл електронної апаратури на мікрозборки, вузли, блоки і субблоки і, отже, їх надійність, вартість і ремонтоздатність.

Вартість оснастки для виготовлення повністю герметичних корпусів навіть для мікрозборок достатньо висока і тому їх слід уніфікувати за розмірами. Герметизація полімерними матеріалами спрощує позв’язання задачі. У табл. 12.1 наведені температурні коефіцієнти лінійного розширення матеріалів, які використовуються в конструкціях гібридних функціональних вузлів і мікрозборок.

При виробництві вузлів і складних мікрозборок треба значно підвищити відсоток виходу принадних виробів, бо після герметизації доступ до схеми для ремонту і заміни компонентів ускладнений або виключений. Якщо ця умова не виконана, то можна використовувати пластмаси тільки у простих мікросхемах, вартість яких дозволяє відправити їх у брак при виявленні дефектів.

Одним з факторів, які повинні сприяти підвищенню якості вузлів і мікрозборок, є використання модулів з кульковими виводами. Вони ідеально підходять для монтажу на друкованих платах і керамічних підкладках. Суміщення з пасивацією чіп елементів, використання елементів з кульковими виводами ( BGA ,CSP та ін.) має зменшити вплив ефектів на межі смола - елемент. Такі елементи можливо перевіряти до їх встановлення на плату. Наявність широкого вибору дешевих активних елементів дозволяє підвищити вихід принадних виробів і збільшити кількість модулів, які герметизують пластмасами.

Теперішнім часом більшість напівпровідникових приладів, які призначені як для комерційного, так і для спеціального використання, виготовляються у пластмасових корпусах. Такі елементи у пластмасовому оформленні відносно дешеві, мають малу масу, випускаються при значно більшому ступені автоматизації, ніж прилади у металоскляних або металокерамічних і керамічних корпусах.

Недоліком пластмасових корпусів є проникність вологи і різноманітних рідких і газоподібних речовин, які можуть негативно впливати на активну напівпровідникову структуру.

Вологопроникність може значно погіршити надійність виробів у пластмасових корпусах. Тому ця характеристика стала однією з найважливіших оцінок якості пластмас. У результаті випробувань можна визначити, що деякі типи пластмас непридатні для виробництва надійних електронних компонентів. Ось чому при виборі конкретного матеріалу для герметизації важливе значення має проведення робіт з дослідження герметичності при кліматичних, у т.ч. термовологісних випробуваннях.

Методи герметизації подані на рис. 12.1.

Рис.12.1 Методи герметизації

Так, наприклад, для герметизації електронних елементів методом трансферного лиття розроблений ряд нових матеріалів, серед яких можна назвати MG 40FR (Dexter, Hiмеччина), МЗП-5Т (Славич, Росія ), КТМС-3000 (LG Chem., П. Корея ), НС-10 (Nitto Denko, Японія), ЕМЕ(Sumitomo Bakelit, Японія) та ін.

Існує велика кількість смол і різноманітних домішок до них. Ці домішки можуть суттєво змінювати властивості смол.

При герметизації використовують такі терміни:

- Термопластичні смоли (які легко розм’якшуються при нагріванні і твердіють при охолодженні). Вони рідко використовуються при пакуванні.

- Термореактивні смоли (твердіють при хімічних реакціях, які звичайно відбуваються під нагрівом, а після твердіння при нагріві не розм’якшуються ).

- Твердники – хімічні речовини, які додають до термореактивної смоли для покращення процесу твердіння, вони є хімічними компонентами смол.

- Прискорювачі - хімічні речовини, що прискорюють процес твердіння.

- Каталізатори – невеликі домішки, які викликають або прискорюють процес твердіння смоли, але не є часткою кінцевого хімічного продукту. Каталізатор часто використовують сумісно з твердником і прискорювачем. Усі ці три складові є реактивними компонентами смоли (беруть участь у реакціях) і надлишок їх може погіршити якість матеріалу.

- Процес твердіння – він відбувається згідно з заданими температурно-часовими режимами, які повинні дуже строго витримуватися.

- Час перебування у пластичному стані – це час, протягом якого рідка смола після додавання твердника піддається обробці. Цей фактор дуже важливий у виробництві.

- Пластифікатори – домішки, які надають гнучкості і еластичності смолі після твердіння.

- Наповнювачі – це звичайні матеріали, які не беруть участі у хімічних реакціях, при додаванні до смоли вони змінюють її фізичні властивості, а також електричні параметри.

- Домішки, що покращують виймання смоли з форми.

Коефіцієнти лінійного термічного розширення (КЛТР) матеріалів, що сполучаються при герметизації, подані у табл. 12.1.

Найбільш широко використовують епоксидні смоли, найбільш дешеві — фенольні речовини, найкращі температурний режим забезпечують силіконові смоли.

Епоксидні речовини

Ці смоли поставляють у самому різноманітному вигляді — від рідини до порошків і таблеток, вони мають різноманітні фізичні показники і забезпечують максимально широкий вибір технологічного процесу. У сполученні з помірною вартістю це визначає широке використання їх при герметизації.

Властивості смоли, що отверджена, частково залежать від виду отверджувача, що використовується. Цей твердник визначає також час перебування у пластичному стані та графік затвердіння. Деякі типові твердників наведені у табл. 12.2.

Таблиця 12.1

Коефіцієнти лінійного термічного розширення (КЛТР) матеріалів, що сполучаються при герметизації

Матеріал	КЛТР (20-100С) *10-6	Область використання
Кремній	3,2	Кристали напівпровід- никових приладів
Скло	8,5	Захисні шари
Оксид алюмінія	6,5	Підкладки
Оксид берилія	5,8	Підкладки
Силікони	30 – 100	Герметики
Епоксидні смоли	15 – 100	Герметики
Феноли	15 – 110	Герметики
Припої олово-свинець	27	Паяння виводів
Мідь	16	Рамки виводів
Алюміній	22	Рамки виводів
Золото	14	Рамки виводів
Ковар	4,5	Компоненти корпусу
Нікель	16	Компоненти корпусу