книги / Микроэлектроника толстых пленок
..pdf
162 |
ГЛ А ВА 5 |
балочных выводов. Оба эти метода находят широкое применение. По-видимому, балочные выводы будут ис пользоваться в схемах специального назначения, для которых стоимость не является решающим фактором. В других случаях чаще будут использоваться соедине ния методом перевернутых чипов, как экономически бо лее выгодные.
5.7. Безвыводные перевернутые устройства
Для полноты изложения следует упомянуть о безвыводных перевернутых устройствах. Два наиболее часто встречающиеся типа безвыводных устройств пред ставлены на фиг. 5.12. Как видно из фигуры, они пред
ставляют собой керамическую оправку, к которой при крепляется активная часть устройства, что значительно облегчает испытания и сборку. Эти устройства дороги, имеют большие габариты и требуют дополнительных методов соединений.
М ЕТО ДЫ М ОН ТАЖ А |
163 |
ЛИ ТЕРАТУ РА
1.RANDOLPH W. J., Attachment of Components to Silk Screen Cir cuits.
2.FINLAYSON M. J., Ultrasonic Wire Bonding of Microelectronic Devices, NEPCON, 1968.
3.CURRAN L., In Search of A Lasting Bond, Electronics (November
25, 1968).
4.BUDD J. P., Die and Wire Bonding Capabilities of Representative
Thick-Film Conductors, Solid State Technology (June 1969).
5.WAGNER H. M., Production Equipment for The New Packages, Hugle Industries, Inc.
6.KNIGHT C. W. T., Economic Considerations in Design and Fabri cation of Face-Bonded Devices, NEPCON, 1967.
7.DOELP W. L„ Jr., FLETCHER P., System Packaging by WaferChip Assembly, Wescon, 1968.
8.MATCOVICH T. J., Face-Down Bonding Techniques and Hybrid Circuit Applications, NEPCON, 1967.
9.HOWLAND F. L., Bonding Beam-Lead Silicon Integrated Circuits, NEPCON, 1968.
10. LEPSELTER M., Beam-Lead Technology, BSTJ, 1966.
11.MARLEY J., MORGAN J., Interconnection of Uncased I. C., Chips by Means of Beam Lead Matrices, NEPCON, 1968.
12.SHULTZ H. F., Multiple-Lead Reflow Soldering Techniques, NEPCON, 1967.
13.MILLER L. F., Module Materials for Controlled Collapse Chip Joining, NEPCON, 1969.
14.ELEFTHERION M. P., SCHNEIDER F. J., WANESKY W. R., Handing and Bonding of Beam Lead Seaked-Junction Integrated
Circuits, Proc. Electronic Components Conf., 1968.
15.KROEHS A. R., Bonding Alloy Placement and Device Attachment By The Use of Metal/Chemical Systems, 1969 Hybrid Microelec tronics Symposium.
16.LIN P. J. LEE, IM S., Design Considerations of a Flip-Chip Joining Technique.
17.REIMER D. E., Hybrid Medium-Scale Integration, 1968 Hybrid Microelectronics Symposium.
18.CHERNIACK G. B., ARNOLD W. R., An Advanced Technology for Complex Electronic Components Based on SLT (IBM Techni cal Report).
19.LINDEN A. E„ TOPFER M. L., COTE R. E., MAYER S. E„ ThickFilm Microcircuit Design and Manufacture, NEPCON, 1969,
6- Способы
корпусирования
Как уже отмечалось, выбор корпуса гибридной схемы определяет успех ее практического применения. От кор пуса сильно зависит стоимость, надежность и другие ха рактеристики схемы. Вопрос о корпусировании нужно решать еще до конструирования гибридной схемы и до выбора способа компоновки их в систему.
Корпусирование гибридной схемы — ключ к кон струкции всей системы, особенно если она предназна чается для использования в космической технике, где вес и габариты играют решающую роль. Выбранное решение задачи корпусирования должно удовлетворять требованиям в отношении защиты схемы от воздействия среды, механической прочности, мощности и тепло отвода. Эффективность корпуса оценивают по следую щим показателям:
1)по габаритам, отнесенным к объему корпусируемых схем;
2)по стоимости (процентной доле расходов на кор пус в общей себестоимости изделия);
3)по надежности, т. е. по степени влияния корпуса на надежность готового прибора.
Если эти факторы проанализировать раздельно, то выяснится, что габариты корпуса и его конструкция обычно определяются числом и типами выводов от корпусированных в нем схем. Расходы на изготовление Корпуса отчасти связаны с его габаритами, но более не
166 ГЛ А ВА б
Необходимо описать и обсудить разные сочетания материалов, из которых делают корпуса той или иной конструкции и которые помогают дальнейшей классифи кации их частей, а затем охарактеризовать герметизи рующую способность этих материалов и связанную
сней технологию окончательной герметизации. Наряду
сэтим уместно рассмотреть различные технологические способы конечной герметизации с точки зрения требую щегося для этого оборудования и возможностей сущест вующих процессов в свете обеспечиваемых ими преиму ществ и встречающихся в практике недостатков. И на конец, надо остановиться на герметичности готового изделия и его способности противостоять воздействию окружающей среды, определив при этом возможные об
ласти его целевого применения.
На фиг. 6.1 показаны некоторые варианты плоских корпусов гибридных схем, а параметры некоторых широко распространенных корпусов с данными о разме рах подложки, приблизительной плотности упаковки активных элементов и приблизительной мощности рас сеяния для каждого варианта приведены в табл. 2.1 [9]. В данной главе рассматриваются корпуса следующих типов: плоские, транзисторного типа и пластмассовые.
6.1. Материал и конструкция корпуса
Корпус со скошенными сторонами имеет основание и не менее одной полки, образующей с ним двугранный угол 45°. Как показано на фиг. 6.2, выводы от подобных полок можно изогнуть так, чтобы они либо лежали в одной плоскости с поверхностью монтажа, когда мон таж производится на плоскую плату (сплошная линия), либо располагались перпендикулярно основанию при монтаже в отверстия платы (пунктирная линия). Обе
стороны паяного соединения можно после |
крепления |
к основанию осмотреть. После крепления |
подложки |
к основанию выводы внутри корпуса можно отогнуть вниз и припаять или приварить к контактным площад кам. Такая конструкция была разработана по програм ме «Минитмен» и широко использовалась при ее осу
ществлении.
СПОСОБЫ к о р п у с и р о в а н и я |
167 |
Другой корпус имеет довольно толстое |
основание |
без боковых стенок. Как правило, круглые выводы гер метически соединяют непосредственно с основанием при помощи стекла. Главное преимущество подобной кон струкции заключается в ее жесткости, что позволяет свести к минимуму нагрузки, передаваемые подложке, и обеспечивает доступ к поверхности подложки со всех четырех сторон. На практике подложку часто снабжают
Ф и г. |
6.2. Сечение корпуса со скошенной гранью. |
/ — внутренн ий |
вы вод к контактной площ адк е подлож ки; 2 — спай стекла с |
м ет ал л о м ; 5 — осн ов ан и е корпуса; 4 — внеш ний вывод; 5 — полка для припайки крышки корпуса.
отверстиями сообразно размещению штырьков. Прежде чем посадить подложку на штырьки и припаять ее на место, ее полностью собирают и испытывают. Недоста ток такой конструкции обусловлен большой толщиной основания (площадки), что затрудняет теплоотвод и увеличивает вес изделия. Для окончательной герметиза ции пользуются чашеобразной крышкой, запаиваемой твердым припоем вдоль фланца, идущего по контуру основания.
Корпуса описанных двух типов были сконструирова ны двумя фирмами с учетом конкретных требований специальной программы или в целях проверки пригод ности фирменных принципов корпусирования. Специаль ных и стандартных корпусов подобного рода существует столько же, сколько фирм занято производством гибрид ных схем. Они описаны здесь исключительно для того, чтобы показать, что, видоизменяя обычные корпуса, можно удовлетворить специальным требованиям. Упор
168 |
ГЛАВА 6 |
в настоящей главе делается главным образом на стан дартных корпусах, выпускаемых многочисленными про мышленными предприятиями и используемых постав щиками гибридных схем.
Обзор типов корпусов, используемых в микроэлектро нике, показывает, что их проектирование и конструиро вание основано на твердо определенных конструкциях и технологических процессах, доведенных до довольно высокого уровня надежности. Исходные системы пред назначались для корпусирования только отдельных транзисторов и диодов. Корпуса делались из ковара !) или родственных сплавов с таким же коэффициентом линейного расширения, как и у соединяемых с ними
вспаях стекол. Поэтому представлялось целесообраз ным выбрать подобную конструкцию с некоторыми видоизменениями за основу нового поколения корпусов для гибридных схем. Почти все охваченные настоящим обзором разновидности микросхем исходят именно из этой конструкции в том или ином виде. Исключение составляют лишь некоторые керамические корпуса, а также корпуса, изготовляемые литьевым прессованием пластмассы.
Внастоящей главе рассматриваются пять наиболее распространенных вариантов обычных корпусов для микросхем с согласованным спаем, характеризующихся
вбольшинстве случаев плоской формой.
ВАРИАНТ I
Цельноковаровая конструкция (фиг. 6.3) [9] состоит из металлического основания (ковар или иной род ственный сплав), рамки корпуса с окнами и выводной рамки. Основание и рамку корпуса соединяют друг с другом автоматической точечной сваркой, а выводы припаивают на место в высокотемпературной (1130° С) печи стеклом корнинг-7052 или иным подходящим боро-
!) 54% железа, 28% никеля и 18% кобальта. Далее всюду, если не оговорено особо, предполагается, что в спаях ковара со стеклом соединяемые материалы подобраны так, что имеют одинаковые ко эффициенты линейного расширения (так называемые согласованные спаи). — Прим. ред.
СП ОСОБЫ К О РП У С И РО ВА Н И Я |
169 |
силикатным стеклом. Этот процесс является общим и для других корпусов с согласованным спаем с отдель ными видоизменениями приемов крепления, обусловлен-
Ф и г. 6.3. |
Цельноковаровый корпус с согласованным стеклянным |
|
спаем. |
/ — к ов ар овое |
основание; 2 — боросиликатное стекло; 5 — выводная рамка |
|
4 -к о в а р о в а я рамка корпуса. |
ными особенностями выбранного сочетания материалов корпуса. После обжига деталей в печи с них удаляют окалину, очищают, активируют и золотят.
ВАРИАНТ II
Цельностеклянная конструкция из стекла корнинг7052 или иного эквивалентного боросиликатного стекла предполагает использование рамки с выводами из по вара или родственного сплава, впаиваемого в цельностеклянный корпус (баллон) (фиг. 6.4) [9].
Для изготовления корпусов подобной конструкции разработан ряд технологических процессов. Один из них заключается в том, что смесь тонкого порошка стек ла со связующим запрессовывают в форму, в которую уложена рамка с выводами. Прессованная заготовка имеет размеры с небольшими допусками. Затем заго товку устанавливают на обжиговую полку в конвейер ной печи с заданной программой теплового режима. Цикл работы печи запрограммирован так, что связую щее, придающее корпусу определенную форму, выгорает
170 |
ГЛ А ВА б |
с контролируемой скоростью до конца к тому моменту, когда стекло начинает размягчаться. За остальное вре мя цикла обжига стекло плавится и отжигается, при обретая форму готового изделия. При таком процессе не требуется никаких специальных оправок, потому что корпус приобретает при обжиге нужные размеры. Па раллельность верхней и нижней поверхностей обеспечи вается последующей шлифовкой.
Фиг. 6.4. Цельностеклянный корпус из боросиликатного стекла.
/ —коваровая выводная рамка; 2 —корпус из бороснликатного стекла.
Другой способ изготовления корпуса подобного рода предусматривает использование прессованных стеклян ных заготовок на основе такого же связующего. Монти руемые детали корпуса помещают вместе с выводной коваровой рамкой в графитовые оправки и обжигают. Оправки изготовлены с заданными для готового корпу са допусками. Подобные оправки были сконструиро ваны с расчетом на одновременный обжиг нескольких корпусов и годятся при надлежащем качестве изготов ления для массового производства. Цикл обжига в печи и операции по доводке корпусов осуществляются таким же образом, как и в первом случае.