Защита кристаллов полупроводниковых приборов и интегральных микросхем от воздействий внешней среды

Для процесса литьевого прессования обычно используют гидравлические прессы, на которых задается режим герметизации (температура, давление, время выдержки под давлением и др.). Основными характеристиками гидравлических прессов является рабочее давление, определяющее возможность герметизации конкретных микросхем, размеры плиты стола и величина рабочего хода плунжера, определяющие габариты пресс-форм.

В установленную на обогревательной плите гидравлического пресса пресс-форму помещают загрузочную камеру и засыпают пресс-порошок. Затем закрывают загрузочную камеру пуансоном и после определенной выдержки плавно опускают плунжер пресса до соприкосновения с пуансоном загрузочной камеры. Доводят давление на прессе до соответствующего расчетного значения (расплавленный пресс-порошок, превратившийся в полужидкий компаунд, под давлением из загрузочной камеры нагнетается в полости пресс-формы) и выдерживают пресс-форму под давлением определенное время (3-5 мин), поднимают плунжер, снимают загрузочную камеру и помещают пресс-форму в ка еру с повышенной температурой, где выдерживают в течение 5-15 мин в зависимости от типа и партии пресс - порошка. Загерметизированные приборы извлекают из пресс-формы и дополнительно термообрабатывают их для стабилизации размеров, снятия внутренних напряжений и окончательного отверждения пресс-материала. Затем приборы подвергают доделочным операциям: удалению литников и облоя, а также обрубки контура-Рамки.

Удаление облоя между приборами, расположенными на ленте (рамке), производят с помощью специального штампа на прессе, предварительно поместив ленту с герметизированными приборами на фиксирующие штыри штампа. Удаление облоя с выводов арматуры выполняется вручную - поднимают скальпелем кромку облоя на выводе и снимают его - или с помощью пескоструйного обдува.

Обрубка рамки состоит в отделении контура от выводов и удалении внутренних перемычек, соединявших выводы на этапе герметизации для придания необходимой жесткости конструкции. Обрубка контура рамки обычно проводится штамповкой на прессах с усилием 2500-3000 кг. Последовательность выполнения операции аналогична вырубке облоя между приборами.

В процессе работы необходимо периодически прочищать пазы матриц штампа от кусков ленты после обрубки определенного количества рамок; чтобы не было заусенцев, матрицы затачивают.

Оптимальные технологические режимы прессования выбирают путем предварительных расчетов и оценки качества загерметизированных образцов (визуально, сравнением физико-механических показателей и полноты отверждения). Средняя скорость впрыска пластмассы определяется давлением прессования и сечением литников и оформляющих полостей прессформы.

По мере увеличения давления прессования (Р_пр) возрастает средняя скорость впрыска пластмассы, время заполнения пресс-формы сокращается, но одновременно возрастают динамические воздействия, которые могут приводить к нарушению целостности герметизирующей арматуры. Снижение скоростц впрыска, а следовательно, и увеличение времени заполнения пресс-формы возможно лишь в определенных пределах, так как это связано с ограничением времени жизни пресс-порошка в жидком состоянии. Для пресс-материалов типа ЭФП-60, ЭФ; П-63 оно составляет 40-60 с. Процесс перехода герметизирующего материала ЭФЕП-60, ЭФЛ-63 из жидкого состояния в отвержденное длится 180-200 с с момента засыпки порции порошка в загрузочную камеру.

Исходя из этого и учитывая время разогрева порции пресс-порошка в загрузочной камере до подачи давления (Ј_р) и время заполнения пресс-формы выбирают время выдержки под давлением.

Для устранения коробления и изгибов герметизированных арматур, вызываемых неравномерной скоростью полимеризации, необходима выдержка изделий при повышенных температурах в пресс-форме без подачи давления. Обычно выдержка составляет не более 7-15 мий.

Время окончательной полимеризации изделий определяется по результатам исследований усадочных явлений в образцах изделий и по результатам измерения твердости образцов в процессе полимеризации. Усадочные явления практически прекращаются в изделиях после выдержки их при температурах 160-180° С в течение 6-8 ч. Несоблюдение технологического режима опрессовки приводит к ухудшению качества корпусов. Внешним осмотром проверяют и отбраковывают приборы, на корпусах которых имеются вздутия, раковины, трещины, риски и большие царапины.

Метод трансферного прессования наиболее экономичен и производителен при массовом производстве мало мощных полупроводниковых приборов и микросхем. «Он характеризуется меньшим числом дефектов по внешнему виду, при его применении снижается возможность; изменения свойств пластмасс в партии приборов, (нет необходимости приготовления герметизирующего материала непосредственно перед применением).

7. Материалы для пластмассовой герметизации

Различные типы полупроводниковых приборов и микросхем требуют применения пластмасс различного состава.

Как уже указывалось, для герметизации полупроводниковых-приборов и микросхем используются в основном различные пластические материалы на основе эпоксидных и кремнийорганических смол.

Ко всем материалам, применяемым для герметизации, предъявляются требования, которые диктуются надежной работой изделий в различных климатических условиях, а также электрических и механических нагрузках. При. выборе для герметизации пластмасс определяющими условиями являются: влагонепроницаемость, термостойкость, возможность получения хорошей адгезии к герметизируемой поверхности и влагонепроницаемого соединения с материалами выводов, отсутствие загрязнения и вредных примесей, влияющих на электрические характеристики изделий, возможность максимального согласования температурных коэффициентов расширения с материалами конструкции изделия.

Одним из основных свойств пластмасс является текучесть. Текучестью называется способность пластмассы под действием тепла и давления течь и заполнять пресс - форму, заливочную форму. Текучесть зависит от внутреннего трения между частицами материала, которое, в свою очередь, определяется вязкостью смолы, природой наполнителя и его количеством; от внешнего трения, обусловленного качеством полировки пресс-формы и степенью прилипания к ней материала; от скорости отверждения. При слишком высокой текучести материал затекает в мельчайшие зазоры между сопрягаемыми формующими деталями прессформы, прилипает к поверхности формующих полостей, а при низкой текучести повышается удельное давление прессования.

Текучесть материалов может характеризоваться временем, в течение которого компаунд находится в вязком состоянии при заданной температуре окружающей среды.

Стандартным методом измерения величины текучести материала является метод спирального течения. По этому методу в спиральную форму («улитку») закладывается навеска исследуемого материала массой 2*10^-1 Н. Камера нагревается до 150° С. Внутри камеры создается давление 5-10⁶ H/м². В результате нагрева и внешнего давления исследуемый материал растекается по спирали. Величина пути растекшегося материала служит критерием оценки его текучести.

Скорость перехода пластмассовых материалов в состояние полной полимеризации называют скоростью отверждения. Скорость полимеризации (отверждения) зависит от свойств связующего вещества, общего состава пластмассы и технологии ее изготовления. Скорость отверждения пластмассы влияет на процесс герметизации. При пониженной скорости отверждения приходится удлинять выдержку арматур в пресс-формах, что замедляет процесс герметизации и снижает производительность. Повышенная скорость отверждения может вызвать преждевременную полимеризацию, в результате чего отдельные участки формующей полости не будут заполнены пластмассой. Другим важным свойством пластмасс является стойкость к набуханию во влажной атмосфере. При повышенной влажности пластмасс возрастает усадка, увеличивается деформация изделий (коробление), что. отрицательно сказывается на качестве герметизации. Наиболее радикальным средством уменьшения влажности прессматериала является его подсушка и предварительный нагрев. Усадкой называется свойство пластмасс уменьшаться в размерах при охлаждении.

Одним из основных материалов для бескорпусной герметизации являются пластмассы на основе эпоксидных смол. Эпоксидные смолы представляют собой группу искусственных смол, получаемых в результате реакций хлорированных глицеринов с двухатомными или многоатомными фенолами в щелочной среде. Эпоксидные смолы - это жидкие или тугоплавкие продукты, легко растворимые во многих органических растворителях. Они используются в виде пресс-порошков и заливочных компаундов. Эпоксидные смолы дают возможность создать большое количество - составов с различными вариациями их свойств. Вместе с тем высокая вязкость эпоксидных смол препятствует введению больших количеств наполнителей, необходимых для улучшения свойств компаундов.

Компаунды на основе эпоксидных смол обладают малой усадкой при отверждении, высокой адгезией, хорошими механическими свойствами; прочность эпоксидных компаундов обычно превышает прочность других компаундов. Для отверждения эпоксидных компаундов при температурах 80° С используются амины, смеси аминов, для горячего отверждения - ангидриды кислот и другие соединения. Важные свойства эпоксидных компаундов - термостойкость и стабильность электрических характеристик (удельное сопротивление и тангенс угла диэлектрических потерь) зависят от отвердителя.

Недостатком заливочных эпоксидных компаундов является малый срок их жизнеспособности, т.е. их готовят только перед употреблением, что лишает возможности централизованно изготовлять «материалы и затрудняет механизацию и автоматизацию операции герметизации. Этого недостатка лишены эпоксидные композиции в виде порошков - эти пластмассы за счет высокой текучести при небольшом давлении легко заполняют сложные многоместные пресс-формы; таблетирующиеся эпоксидные порошки хорошо црессуются и имеют высокие механические показатели.

Кроме пластмасс на основе эпоксидных смол используют пластмассы на основе кремнийорганических соединений. Они также применяются как в виде компаундов, так и пресс-порошков. Кремнийорганические компаунды получили распространение благодаря их высокой термостойкости и отличным электрическим свойствам. Исходя из различных кремнийорганических связующих, можно получать как эластичные материалы, используемые в основном для предварительной защиты p-n-переходов (свойства их рассмотрены ш гл. IV), так и твердые - для герметизации.

Таблица 2 - Свойства кампаундов КЖ-25 ЭКМ, ЭПД

В промышленности для трансферной опрессовки применяются в основном эпоксикремний органические пресспорошки типа ЭПК-200 черного цвета.

Кремнийорганические пластмассы более термостойки, чем большинство органических материалов, в том числе эпоксидных. Высокая термостойкость кремнийорганических пластмасс обуславливается их структурой. Основой структурой кремнийорганичекого материала является связь кремний - кислород, основой структуры эпоксидных материалов - углерод - углерод. Связи в кремнийорганических пластмассах являются более прочными и обладают повышенной термостойкостью.

Однако механические и адгезионные свойства кремнийорганических пластмасс низки.

Список использованных источников

1. Бер А.Ю. Сборка полупроводниковых приборов и интегральных микросхем. М.: Высшая школа, 1977.

2. Коледов Л.А. Технология и конструкции микросхем, микропроцессоров и микросборок. - М.: Радио и связь, 1989.

3. Черняев В.Н. Технология производства интегральных микросхем. - М.: Энергия, 1977.

4. Чернозубов Ю.С. Технология производства МЭИ. - М.: Моск. ин-т электроники и математики, 1993

5. Иалышева И.А. Технология производства интегральных микросхем, М:радио и связь, 1991. - 344 с.

Размещено на Allbest.ru