книги / Микроэлектроника толстых пленок
..pdfСП О СО БЫ К О РП У С И РО ВА Н И Я |
181 |
в более легких условиях, можно использовать отвердители, содержащие растворитель и влагу. Но покрытия из подобных уретанов обладают излишней пористостью. Более непроницаемые покрытия можно получить из ароматических уретанов, полимеризующихся при темпе ратуре около 200° С. В процессе такой полимеризации выделяется фенол. Хотя его выделение приводит к не благоприятным последствиям, подслои из подобных уретанов весьма эффективны в таких схемах, как це почки резисторов, если в последующем на подслой нанести покрытие из подходящего материала. Если ста вится задача избежать последствий высокотемператур ного отверждения и выделения фенола, то можно взять ту или иную двухкомпонентную систему, образуемую изоциановым эфиром (сополимер) с каким-то отвердителем, содержащим на конце цепи гидроксильную груп пу. Приготовленную с соблюдением надлежащих требо ваний смесь можно хранить лишь ограниченное время, но отверждается она при сравнительно низких темпера турах.
Наносить подслои из эпоксидных смол, как правило, нецелесообразно. Даже если эти . смолы размягчить добавками таких сополимеров, как уретаны, применение аминных отвердителей сопряжено с определенным риском. Одна из опасностей при этом заключается в том, что амины способны восстанавливать окислы пал ладия в неглазурованных палладиевых резисторах.
Экономично наносить наружное покрытие погруже нием в состав на основе фенольных смол или диаллилфталата. При соответствующей технологии нанесения такие покрытия выдерживают испытания в жестких условиях, а их непроницаемость можно повысить допол нительно последующей вакуумной пропиткой воском или иными родственными материалами. Один из не достатков данного способа заключается в том, что он оправдывает себя >в условиях только более или менее поточного производства. Образующееся при погружении покрытие приобретает удовлетворительное качество лишь при обязательном условии использования приспособле ний для встряхивания партии покрываемых изделий, автоматического контроля вязкости и конвейеризации
182 ГЛ А ВА 6
процессов капельной подачи раствора, извлечения изде лий из ванны и их сушки. Еще одна трудность состоит в том, что сложная внешняя форма некоторых схем де лает непригодным существующее оборудование для авто матизации процесса.
Другой способ нанесения конформного1) покрытия предполагает использование псевдоожиженного слоя. Нагретый элемент погружают в холодный псевдоожи женный слой. Затем элемент нагревают для оплавления осевших частиц слоя и отверждают образовавшееся по крытие на тех участках, где это необходимо. Вначале этот процесс был разработан только применительно к термопластам, но недавно его приспособили и к не которым реактопластам, в частности к эпоксидным смолам, в том числе отдельным сравнительно мягким полимерам и уретанам. В табл. 6.1 указаны свойства разных материалов, используемых для нанесения кон формных покрытий. Такие покрытия защищают схемы несколько хуже, чем покрытия, наносимые погружением в раствор, поскольку псевдоожиженные слои по своей природе должны заключать в себе пустоты, по крайней мере пустоты замкнутого характера.
Т аблица 6.1
Свойства защитных покрытий
Х арактери стики |
Ф енольная |
Д и ал л н л - |
Э п ок си д |
У ретан |
|
см ола |
ф тал ат |
ная см ола |
|||
|
|
Термостойкость, °С . . . . |
150 |
175 |
225 |
125 |
|||
Погонная |
прочность |
при |
900 |
1080 |
1440 |
1800 |
|
растяжении, |
кг/см . . . |
||||||
Погонная |
ударная |
вяз |
2,7 |
2,7 |
2,7 |
27 |
|
кость, к г м /м ..................... |
|||||||
Коэффициент |
линейного |
|
25 |
35 |
65 |
||
расширения, |
10_б/град |
35 |
|||||
Капсулы для негерметизируемых схем целесообраз |
|||||||
но делать из жесткого пластика. И хотя |
выбор |
матери-)* |
*) То есть покрытия, воспроизводящего форму покрываемого изделия. — Прим. ред.
СП О СО БЫ К О РП УС И РО ВА Н И Я |
183 |
ала зависит от характера технологического процесса нанесения защитного покрытия, обычно для этого пред почитают выбирать эпоксидные смолы из-за их хорошей термостойкости и сравнительно слабой проницаемости. Эпоксидные смолы годятся при малосерийном произ водстве и для заливки элементов в готовых капсулах, а также при поточном производстве, чаще всего литье вым прессованием. Поскольку у эпоксидных смол коэффициент линейного расширения гораздо больше, чем у керамической подложки или элементов схемы (50-10-в/град для эпоксидной смолы и 6,8- 10_6/град для окиси алюминия), обычно ненаполненную эпоксидную смолу непосредственно наносить на керамику нельзя. Одна из трудностей заключается в том, что эпоксидная смола в условиях изменяющейся температуры часто растрескивается, открывая доступ к проникновению дей ствия влаги на схему. Чтобы устранить этот недостаток, принято наносить буферное покрытие из кремнийорганических соединений или уретанов. Эпоксидную смолу можно подогнать к керамике по коэффициенту линей ного расширения посредством ее наполнения. Но для литьевого прессования и других аналогичных процессов формования наполненных эпоксидных смол требуется более высокое давление, что может привести к повре ждению капсулируемых элементов. Если же производят заливку жидкой смолой, подобного осложнения не воз никает, но из-за большой вязкости смолы трудно пол ностью удалить воздух, что сопровождается образова нием путей проникновения влаги вокруг выводов. По этому лучше пользоваться ненаполненными или умерен но наполненными смолами и наносить предварительно буферные подслои. В табл. 6.2 и 6.3 [9] указаны свойства литьевых и заливочных смол.
Чтобы собранные узлы выдержали испытания на термоциклирование и действие влаги, чрезвычайно важ но обеспечить прочность сцепления посредством очистки
и |
соответствующей подготовки поверхностей, |
особенно |
у |
выводов. Для многих кремнийорганических |
соедине |
ний и уретанов требуются грунты, содержащие функ циональные группы, например, этоксильных или метоксильных эфиров. Даже при такой предварительной
Таблица 6.2
|
|
|
|
|
Свойства |
заливочных смол |
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
Э п о к с и д |
Э п ок си д |
|
Ф ен оль |
||
|
|
|
|
|
|
ная |
|
ная |
П ол и эф и р |
ная |
|
|
|
|
|
|
|
см ол а |
1 |
см ол а 2 |
|
см ола |
|
Вязкость, |
|
сП |
. . . . . . . |
4000 |
|
1500 |
1500 |
1500 |
|||
Время |
жизни, |
ч |
................. |
0,75 |
|
0,75 |
1,0 |
1.0 |
|||
Твердость |
по Шору (шка |
|
|
|
|
|
|
||||
ла D |
) |
.................................. |
|
|
|
90 |
|
85 |
85 |
85 |
|
Коэффициент |
|
линейного |
|
|
|
|
|
|
|||
расширения, |
10“ б/град |
22 |
|
28 |
55 |
65 |
|||||
Усадка |
при |
отверждении |
|
|
|
|
|
|
|||
(линейная), |
% |
.................. |
0,3 |
|
0,3 |
1,0 |
0,5 |
||||
Суточное |
|
|
поглощение |
|
|
|
|
|
|
||
влаги, |
% .............................. |
|
|
0,12 |
|
0,04 |
0,3 |
0,2 |
|||
Прочность |
при |
изгибе, |
|
|
|
|
|
|
|||
кг/мм2 |
.................................. |
|
|
|
10,8 |
|
14,4 |
10,8 |
7,2 |
||
Диэлектрическая |
постоян |
|
|
|
|
|
|
||||
ная |
....................................... |
|
|
|
|
4,3 |
|
4,0 |
3,0 |
7,0 |
|
Коэффициент |
потерь, % |
0,7 |
|
0,3 |
0,5 |
1,0 |
|||||
Верхняя |
рабочая |
темпера |
|
|
|
|
|
|
|||
тура |
|
(при |
длительной |
|
|
|
|
|
|
||
службе), |
°С |
. . . . . . |
175 |
|
125 |
100 |
80 |
||||
|
|
|
|
|
Свойства литьевых смол |
Т аблица 6.3 |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Эпоксид |
Феноль’ |
Диаллил |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ная |
пая |
фталат |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
смола |
смола |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Температура |
прессования, °С . . . |
150 |
150 |
150 |
|||||||
Давление |
прессования, кг/см2 . . . |
72 |
144 |
72 |
|||||||
Коэффициент линейного расширения, |
|
|
|
|
|||||||
10—6/г р а д .................................. |
|
|
.... |
|
|
25 |
25 |
25 |
|||
Суточное |
поглощение влаги, |
% |
• |
• |
0,05 |
0,3 |
0,3 |
||||
Диэлектрическая постоянная . . . . |
|
4 |
5 |
5 |
|||||||
Коэффициент потерь, % ...................... |
|
|
|
1,0 |
1,0 |
0,5 |
|||||
Верхняя |
рабочая температура, |
°С |
175 |
125 |
200 |
СПОСОБЫ к о р п у с и р о в а н и я |
185 |
обработке поверхностей нельзя обойтись без тщатель ной очистки д л я удаления всех следов припоя, отпечат ков пальцев и т. п. Но все-таки лучше обходиться без грунтов, так как грунтовка означает еще одну опера цию, проведение которой удорожает изготовление толстопленочной схемы.
При выборе буферных покрытий важно предусмот реть возможность их удаления при замене элементов или присоединении к схеме новых компонентов. Правда, это нетрудно сделать, когда буферные покрытия сде ланы из кремнийорганических соединений или уретанов, как это чаще всего и бывает на практике. Кремнийорганические соединения нередко поддаются удалению чисто механическими средствами. Если же последние оказы ваются недостаточными, то обработка силиконов хлори рованными растворителями приводит к такому их разбу ханию, что последующее удаление покрытий из них уже не создает никаких трудностей. Дальнейшим нагрева нием кремнийорганических соединений для отгонки растворителя можно полностью восстановить их преж ние свойства. Подобным же образом при обработке этиловым спиртом разбухают и уретановые покрытия, после чего их можно легко удалить. Последующая суш ка приводит к восстановлению их исходных свойств. Уретаны можно также растворить полностью в теплом растворе диметилсульфоксидов или других аналогичных материалов. Наружные оболочки из эпоксидных смол и реактопластов при ремонте вскрывают чисто механи ческими средствами, что, как правило, никаких ослож нений за собой не несет, если подслойное буферное по крытие имеет достаточную толщину. Полимерной защите присущи экономичность и высокий выход годной продук ции гражданского назначения (военные не признают такой защиты), если только действие окружающей
среды не выходит |
за рамки требований, указанных |
■в табл, 6.4 [9]. Если |
же это условие нельзя соблюсти, то |
необходимо применять герметичный корпус. В табл. 6.5 и 6.6 [9] приведены данные о защищенности схем от действия влаги и нагревания в разных упаковках и их относительные стоимости.,
Таблица 6.4
Типовые испытания на действие переменной температуры и влияние среды
Температурный режим |
Выдержка |
в |
течение |
1000 |
ч |
при |
|||
Условия по влажности |
125° С |
|
|
|
|
|
|
|
|
Десять суточных циклов с измене |
|||||||||
|
нием температуры |
в |
пределах от |
||||||
|
комнатной до 85° С при влажности |
||||||||
Условия резкого изменения |
90% |
|
|
|
|
|
|
|
|
Три цикла погружения из жидкости |
|||||||||
температуры |
с температурой |
100° С |
в жидкость |
||||||
,Условия постепенного из |
с температурой |
0° С |
|
|
|
||||
Пять циклов |
с нагреванием |
от |
ком |
||||||
менения температуры |
натной |
температуры |
до |
125° С |
|||||
|
и переходами из воздушной каме |
||||||||
|
ры |
с |
комнатной |
температурой |
|||||
|
в |
камеру |
с температурой — 55° С |
||||||
|
и обратно |
|
|
|
|
|
|
Т аблица 6.5
Влагозащищенность схем при разных способах корпусирования и себестоимость изготовления корпуса размером
25 X 25 X 6 мм
Способ корпусирования
Нанесение конформного
Ч исло вы держ ив аем ы х |
|
|
цик лов нагревани я от |
С еб ест о и |
|
ком натной тем п ер атур ы |
м ость, |
|
д о 85° С |
б е з зам етн ого |
д о л л . |
влияния |
вл аж н ости |
|
покрытия .............................. |
10 |
0,02 |
Литьевое прессование . . |
20 |
0,05 |
Заливка .................................. |
50 |
0,20 |
Гер м ет и за ц и я ...................... |
Сколько угодно большое |
2,00 |
СПОСОБЫ к о р п у с и р о в л и и я |
187 |
Таблица 6.6
Термостойкость различных корпусов
- |
Верхняя рабочая |
|
С п особ корпусировання |
||
температура, °С |
Нанесение конформного покрытия . . . . |
150 |
|
Литьевое прессование ...................................... |
175 |
|
Заливка . . . . . .............................................. |
200 |
|
Герметизация |
пайкой . . ............................. |
150 |
Герметизация |
сваркой ...................................... |
250 |
Герметизация |
стеклом ..................................... |
250 |
6.4. Способы окончательной герметизации
Существует ряд хорошо известных способов оконча тельной герметизации корпусов (табл. 6.7) [9], наиболь шее распространение среди которых получили сварка сопротивлением баллонов ТО-5 или ТО-8 и печная пайка твердым припоем плоских корпусов. Как показано на фиг. 6.7, при окончательной герметизации корпусов мож но использовать как автоматическую точечную сварку, так и сварку сопротивлением. В первом случае по краю корпуса последовательно накладывают ряд швов, пока не будет обеспечена полная герметизация корпуса. Этот способ обеспечивает герметизацию с высоким выходом годных плоских корпусов или баллонов типа ТО-5 и весьма перспективен в условиях массового производ ства.
Большой недостаток этого способа заключается в том, что технологическое обррудование приспособлено к гер метизации только однотипных корпусов, так что переход от корпуса одного вида к другому сопряжен с боль шими трудностями. Эта технологическая особенность очень неудобна для изготовителя гибридных схем, по тому что необходимо располагать возможностями вы пускать их большими партиями в разнообразной упа ковке. Типичный автомат для точечной сварки корпусов показан на фиг. 1.13.
Способы соединений
Способ |
Возможности |
|
||
в отношении размеров |
||||
|
|
и типа корпусов |
|
|
Сварка |
|
|
|
|
а) автоматическая |
Ограничены |
однотип |
||
точечная |
ными корпусами |
|
||
б) по методу сопро |
Ограничены |
корпусами |
||
тивления |
более крупных разме |
|||
Лайка твердым припоем |
ров |
|
|
|
|
|
|
||
а) по периметру |
Больше годится |
для |
||
|
|
корпусов |
малых |
раз |
б) в печи |
меров |
|
|
|
Широкие |
|
|
||
Уплотнение |
легкоплав |
Ограничены |
корпусами |
|
ким стеклом |
одного типа |
|
||
Литьевое |
прессование |
Широкие |
|
|
пластиков |
|
|
|
|
Производи
тельность
Высокая
»
От средней до низкой
Высокая
Довольно
высокая
Высокая
Уровень гер метичности ]), мм рт. ст.
ю-8
Ю-8
1о |
(О |
1о |
00 |
10-8
Прямыми
измерениями не оценива ется
Расходы иа оборудование
Большие
Средние
От средних до высоких
Средние
То же
> >
Таблица 67
Недостатки
Годится лишь для кор пусов нескольких раз меров
Дорогостоящая оснаст ка,, требующаяся для корпусирования
Пайку трудно контроли ровать
Может создавать труд ности для рабочих частей схемы
Требует контроля за каждой деталью
Конструирование прессформы и изготовление сопряжены с большими расходами, а защищен ность схем сомнитель ная
‘) Герметичность трудно оценить прямыми измерениями скорости натекания гелия, так как корпус не всегда пред ставляет собой полость, в которую можно ввести под давлением газ в количестве, достаточном для последующего его
масс-спектрометрического определения. Герметичность лучше оценивать по результатам испытаний на долговечность и
.действие среды.
С П О С О БЫ К О РП У С И РО ВА Н И Я |
189 |
С самого зарождения полупроводниковой промыш ленности герметизацию баллонов типов ТО-5 и ТО-8 производили сваркой сопротивлением. Этот надежный способ герметизации с высоким выходом годной продук ции применим к всевозможным корпусам, если они снабжены специальным фланцем для присоединения. Такую сварку можно производить как на переменном токе, так и на токе разряда конденсатора, но для круп ных корпусов необходимо применять только источники переменного тока.
Корпуса иногда заваривают и методом холодной сварки, осуществляемой посредством сосредоточенного сильного прижатия мягких (медных или никелевых) материалов. Соединение подобного рода свободно от тех недостатков, которые присущи другим видам соеди нений, как сварных, так и паянных твердыми припоями. Оно исключает попадание брызг и паров металлов, как это бывает при автоматической точечной сварке или за грязнений от припоя и флюса, как при пайке твердыми припоями. Главный его недостаток состоит в том, что оно сильно ограничивает выбор материалов, из которых можно изготовлять корпуса.
При промышленном производстве гибридных схем широко пользуются двумя способами пайки: запайкой по периметру и пайкой в печи. В обоих случаях крышку припаивают к корпусу мягким припоем или стеклянной фриттой. Наибольшее распространение в качестве при поев получили эвтектический сплав золота с оловом и сплавы золота с небольшими добавками кремния или германия.
Запайка по периметру больше приспособлена для герметизации малогабаритных корпусов (размером не более 10 X 10 мм). Чем больше корпус, тем труднее его паять. Чтобы обеспечить равномерность нагрева по пе риметру корпуса при запайке, необходим жесткий конт роль за размерами нагревателя. Чем длиннее периметр корпуса, тем труднее выдержать допуски по размерам. На фиг. 6.9 показан типичный периферийный гермети затор. Широко применяющаяся запайка твердым припо ем производится в конвейерной печи и дает герметичный спай с высоким выходом годной продукции. Типичный