книги / Технологическое проектирование микросхем СВЧ

Пузырьковый метод и его разновидности: компрессион­ ный (рис. 7.27, ж) и вакуумно-жидкостный (рис. 7.27, з) спосо­ бы используют для определения “средних” течей. Разновидно­ сти этого способа предусматривают создание внутри корпуса изделия избыточного давления любого газа, например возду­ ха. Затем изделие погружается в индикаторную жидкость (уайт-спирит, силиконовое масло, этиленгликоль и др.). О степени негерметичности судят по пузырькам воздуха, выхо­ дящим из изделия, регистрируя их диаметр и количество в единицу времени.

Пузырьковые методы имеют различную чувстви­ тельность: компрессионный 5 10~6м3 Па/с, вакуумно­ жидкостный 10” 7 м3 • Па/с.

После проверки герметичности проводят термовакуум­ ную сушку изделия. Она осуществляется в вакуумном шкафу при остаточном давлении 1,33 Па. Ее цель - удалить из вну­ тренней полости воздух, загрязненный газами, выделяемыми при соединении основания корпуса и крышки. Режимы сушки - температура и время - выбираются в зависимости от нахо­ дящихся внутри корпуса типов полупроводниковых приборов

исостава используемого флюса при пайке. Температура суш­ ки лежит в пределах (80 ... 95) ± 5 °С, время 2 ,5 ... 3 ч.

Завершающими операциями герметизации МЭИ СВЧ яв­ ляются удаление (вакуумная откачка) из корпуса воздуха и за­ полнение его внутренней полости сухим инертным газом или воздухом до избыточного давления 0,02 ... 0,03 МПа.

Способы откачки воздуха и заполнения изделия инерт­ ным газом можно разделить на две группы: бесштенгельиые

ис использованием штенгеля.

Бесштенгельная откачка и наполнение газом производит­ ся непосредственно в вакуумной камере в процессе герметиза­ ции, как в случае применения микроплазменной сварки (см. рис. 7.27).

Достоинством отсутствия штенгеля является сокращение габаритных размеров изделия. Однако этот способ имеет и

существенные недостатки. Во-первых, необходимость исполь­ зования откачных камер с применением диффузионных насо­ сов, что не исключает попадания паров масла в камеру, а следовательно, и во внутренний объем прибора. Во-вторых, возможность проникновения продуктов горения, образующих­ ся при сварке, в объем корпуса. В-третьих, необходимость наполнения газом не только внутреннего объема корпуса, но и всего объема камеры, что ведет к увеличению расхода га­ за. В-четвертых, совмещение наполнения с процессом сварки при отсутствии герметичности требует проведения повторно­ го процесса сварки.

Штенгельная откачка и наполнение газом предусматри­ вает наличие в корпусе дополнительного элемента, через ко­ торый осуществляются эти операции.

Конструктивно штенгель может быть выполнен в виде отрезка трубки (рис. 7.30, а), с резиновой уплотнительной про­ кладкой (рис. 7.30, б), в виде винта (рис. 7.30, в).

Рис. 7.30. Конструкции элементов, используемых для откач­ ки воздуха из корпусов МЭИ СВЧ и наполнения объема инертным газом:

а - с использованием штенгеля; б - с уплотнительной прокладкой; в - в виде винта с отверстием; 1 - стенка корпуса; 2 - латунная втулка; 3 - медная трубка; 4 - места панки; 5 - резиновая прокладка; б - шайба с отверстием; 7 - игла; 8 - шланг; 9 - уплотняющая “жидкая проклад­ ка”; 1 0 - винт; 11 - приспособление для уплотнения и вращения винта; 1 2 - трубка для откачки воздуха и заполнения газом; 1 3 - специальная

отвертка

Штенгель в виде отрезка трубки (см. рис. 7.30, а) удобен для откачки и наполнения газом. Он состоит из двух частей: латунной втулки постоянно находящейся в корпусе, и мед­ ной трубки 5, которая заменяется в случае вскрытия корпуса при ремонте. После откачки и заполнения медная втулка пере­ жимается, образуя холодносварное соединение; для гарантии герметичности это место опаивается. Недостаток применения штенгеля этой конструкции связан с увеличением габаритных размеров корпуса на 7 . . . 10 мм.

В конструкции с резиновой уплотняющей прокладкой (см. рис. 7.30, б) откачка и заполнение герметизированного объема производится с помощью шприца £, связанного с откачными средствами и баллоном с Инертным газом. Прокалывая ре­ зиновую прокладку, шприц вводится внутрь корпуса. После окончания операции и его удаления отверстие в шайбе 6 за­ паивается. Недостаток этой конструкции - длительность про­ цесса откачки и заполнения через длинный узкий канал в игле 7, хотя габаритные размеры корпуса увеличиваются незначи­ тельно.

Конструкция, приведенная на рис. 7.30, в, представляет собой винт с отверстием для откачки и заполнения газом корпусов. На резьбовую поверхность винта, предваритель­ но до установки его в корпус, наносится герметизирующая “жидкая” прокладка, служащая для создания гидравлическо­ го затвора и предотвращающая утечку газа.

“Ж идкие” прокладки представляют собой пастообразные композиции, которые сохраняют свое жидкофазное состояние в период эксплуатации. Их основу составляют каучуки (силоксановый и другие марки ГИПК-243, 244), низкотемпера­ турный полиэтилен и полиизобутилен (марка ГИПК-242).

Герметизирующие композиции наносятся на резьбу винта шпателем или кисточкой тонким равномерным слоем толщи­ ной 0 , 1 . . . 0,2 мм перед его установкой в корпус 1. Произведя откачку воздуха из внутренней полости корпуса и заполнение ее инертным газом, винт заворачивают при помощи отверт­ ки 13.

“Жидкие прокладки” выдерживают температуру от -6 0 до 150 °С и давление до 15 МПа.

В случае ремонта и вскрытия герметичного корпуса при­ боров СВЧ, винт выворачивается, поверхность его зачищает­ ся; затем состав наносится вновь.

МЭИ СВЧ КАК ОБЪЕКТ

ПРОИЗВОДСТВА

Для выпуска МЭИ СВЧ необходимо создание слож­ ного конструкторско-технологического и производст­ венного комплекса. Он включает следующие элементы: конструкцию МЭИ СВЧ, материалы, технологические маршруты, оборудование, кадры, техническую докумен­ тацию, параметры воздушной среды в производствен­ ных помещениях. Выпуск продукции заданного качества становится возможным лишь в случае, когда все пере­ численные элементы разработаны и объединены в про­ изводственную систему (рис. 8.1).

Рис. 8.1. Схема взаимосвязей основных элементов системы по разработке и производству МЭИ СВЧ:

1 - ИТР; &- МЭИ СВЧ; 3 - мате­ риалы; 4 - технологическое обо­

рудование; 5 - технологические маршруты; 6 - производственные

рабочие; 7 - производственные н технологические среды; 8 - тех­

нологическая документация

8.1. Характеристика конструкций МЭИ СВЧ

Основополагающим элементом для проведения организа­ ционно-технических мероприятий, связанных с производством МЭИ СВЧ, является их конструкция.

Типовая конструкция МЭИ СВЧ на уровне сложной мик­ росборки приведена на рис. 8.2.

Рис. 8.2. Типовая конструкция МЭИ СВЧ:

1 - корпус; 2 - крышка; 3 - плата; 4 - соединитель­ ные перемычки; 5 - вспомогательная втулка; 6 - СВЧсоединитель; 7 - рамка; 8 - винт; 9 - штенгель; 1 0 -

низкочастотный ввод

К о р п у с занимает важное место в обеспечении электри­ ческих и эксплуатационных характеристик МЭИ СВЧ. От правильного выбора конструкции и материала корпуса зави­ сят такие технико-экономические характеристики, как масса и

габаритные размеры, надежность и долговечность устройств, ремонтопригодность, материалоемкость, трудоемкость изго­ товления, себестоимость.

Будучи базовым соединительным элементом, корпус дол­ жен иметь определенные точностные характеристики разме­ ров внутренних полостей: допустимое отклонение этих раз­ меров, плоскостность, неперпендикулярность плоскостей, на которые устанавливаются платы или рамки, и пр. Это тре­ бование обеспечивается соразмерным назначением допусков на внутренний размер корпуса и плат, а также обеспечением определенных размеров между торцами плат, рабочими по­ верхностями плат и пр. При этом по мере повышения рабо­ чего диапазона частот абсолютные величины “стыковочных” размеров уменьшаются и составляют: зазор между торцами плат 0,15 ± 0,5 мм и 0,10 ± 0,5 мм, несоосность проводников (при толщине подложки 0,5 мм) 0,15 мм и 0,10 мм, разновысотность плат 0,3 и 0,2 мм соответственно для частот до 1 ГГц и от 1 до 10 ГГц.

Корпуса МЭИ СВЧ (рис. 8.3) делятся по конструкции на чашечные, рамочные или пенальные, а по числу плат на одг ноплатные или многоплатные.

В одноплатных конструкциях плата 3 непосредственно присоединяется к собственно корпусу 1 (см. рис. 8.3, а) или корпусу-рамке 1 (см. рис. 8.3, б). Многоплатные конструкции МЭИ СВЧ могут быть выполнены непосредственной установ­ кой и припайкой плат к внутренней ячеистой перегородке 6 (см. рис. 8.3, в), которая затем припаивается к корпусу 1. В другом варианте конструкции платы устанавливаются на про­ межуточные рамки 10 (см. рис. 8.3, г) и припаиваются к ним; затем эти рамки механическим способом крепятся к общему основанию 9, которое прикрепляют к корпусу 1.

Одноплатные рамочные конструкции имеют ограничен­ ное применение и выполняются в размерах внутренних по­ лостей, равных 60 х 48 мм и кратных им: 60 х 24; 30 X 48; 30 х 24 мм и пр.

10 9

Рис. 8.3. Разновидности конструкции М ЭИ СВЧ:

чашечная (а); рамочная одноплатная (б); рамочные многоплатные с расположением плат на вертикальных перегородках, делящих вну­ треннюю полость на прямоугольные ячейки (в); то же на общем осно­ вании (г) и двухуровневая (д); пенальная (е); 1 - корпус; 2 - крышка; 3 - плата; 4 ~ соединительная перемычка; 5 - СВЧ-соединитель; 6 -

вертикальные перегородки, делящие внутреннюю полость корпуса на прямоугольные ячейки; 7 - полый корпус прямоугольного поперечно­ го сечения; 8 - основание; 9 - несущая пластина; 10 - рамка

'Многоплатные рамочные конструкции при большом раз­ нообразии сочетаний расположений отдельных плат на пере­ городке или основании имеют также ряд унифицированных размеров внутренних полостей корпуса: 30,2 х 24,2 мм (48,2; 72,2; 96,2); 60,2 х 48,2 мм (96,2; 144,4) и др.

Разновидностью многоплатных конструкций являются двухуровневые (рис. 8.3, д) и конструкции пенального типа (рис. 8.3, е).

Унификация размеров одно- и многоплатных конструкций МЭИ СВЧ позволяет провести более рационально подготовку их производства, обеспечить необходимыми средствами осна­ щения, упростить процесс сборки и настройки. Одновремен­ но унификация конструкций корпусов позволяет типизировать размеры и форму блоков и устройств РЭА, в которые они вхо­ дят.

Будучи соединительным элементом, конструкция корпу­ са должна исключить или свести к минимуму возможность возникновения внутренних напряжений в местах соединения разнородных материалов. Это достигается за счет подбора материалов с близкими величинами ТКЛР. Поскольку основ­ ным материалом плат является керамика ВК 100-1, наиболее близким к ней по ТКЛР является титан.

Вмногоплатных конструкциях (см. рис. 8.3, в) верти­ кальные перегородки и остальные элементы корпуса: рамка, крышки, выполняются из титана.

Вконструкциях с общим несущим основанием (см. рис. 8.3, г, д) все элементы корпуса: основание, корпус, крыш­ ки, выполняются из алюминиевых сплавов, а промежуточные рамки 10у к которым припаиваются платы, - из титановых сплавов.

Корпуса одноплатных конструкций выполняют из тита­ на, алюминиевых сплавов или прессматериала типа АГ-4В с металлизацией внутренних и наружных поверхностей.

Сравнительные характеристики конструкции корпусов приведены в табл. 8.1.