Реферат: Безкорпусная герметизация полупроводниковых приборов

Наряду с защитой полупроводниковых приборов и микросхем  помещением     их в корпус применяют герметизацию полимерными оболочками. Разработка эффективных способов пассивации поверхности полупроводников плёнками неорганических диэлектриков (оксидов, нитридов, легкоплавких стёкол и др.), а так же различных полимерных компаундов и пресс порошков, обладающих высокими защитными свойствами, позволила широко использовать этот метод в производстве полупроводниковых  приборов и микросхем.

Герметизация приборов и микросхем полимерными оболочками  требует гораздо меньших (в 2-4 раза) затрат, чем помещение  их в металлические, стеклянные и металлокерамические, металлостеклянные и  другие корпуса, и обеспечивает  высокую механическую  прочность  и большую стойкость к вибрациям и ударам. Кроме того, использование полимерных оболочек позволяет получать полупроводниковые приборы с малым отношением  объёма прибора к объёму его активной части.

Для герметизации полупроводниковых приборов и микросхем используют полимерные материалы на основе эпоксидных, кремнийорганических и полиэфирных смол, которые должны:

—  быть механически прочными, выдержать определённые ударные нагрузки, вибрацию и ускорение, а так же обладать термостойкостью в диапазоне от –60 до +150 С;

—  обладать высокими диэлектрическими свойствами (малыми диэлектрическими потерями, высокими удельным сопротивлением и электрической прочностью);

—  быть химически стойкими к воздействию различных химических реактивов, применяемых при сборке приборов;

—  не содержать примесей, ухудшающих параметры приборов;

—  легко поддаваться формовке и иметь малую усадку при отверждении;

—  быть дешевым;

—  обеспечивать товарный вид изделия.

Стабильность параметров и надежность полупроводниковых приборов, герметизированных  полумерами , определяются изменениями, которые происходят на поверхности полупроводника при проникновении влаги через полимерную оболочку, а также наличием примесей в полимерном материале и внутренним механическими  напряжениями, возникающие в герметизирующем слое. Внутренние механические напряжения, возникающие в полимерной оболочке, обусловленные усадкой  материала при отверждении и разностью значений коэффициентов температурного расширения полимера и полупроводникового материала, соответственно делит на усадочные и термические.

Усадка полимера при отверждении происходит вследствии испарения растворителя, если  оболочку  получают из раствора, или кплотнения, если отверждение происходит полимеризацией. Так, как в процессе усадки объём оболочки уменьшается, в ней могут возникнуть только напряжения растяжения. При охлаждении системы полупроводник–полимер, отверждённой при высокой температуре, возникают термические напряжения, также являющиеся  напряжениями натяжения. Внутренее механическое напряжения могут вызвать растрескивание  и отслаивание полимерной оболочки  от полупроводникового кристалла, то есть нарушение герметичности, возникновение механических напряжений в полупроводниковом  кристалле, существенно влияющих на электрические характеристики p-n-переходов, нарушение монтажных межсоединений внутри полимерной оболочки и повышение её газо- и влагопроницаемости.

Так как при длительной работе полупроводниковых приборов в полимерном материале  могут протекать процессы старения, сопровождающиеся изменением его пластичности и прочности, необходимо использовать полимерные материалы, сохраняющие работоспособность в течение длительного времени. Чтобы обеспечить достаточную работоспособность полимерных оболочек и максимально уменьшить внутренние напряжения, необходимо процесс отверждения проводить при строго контролируемой температуре в наиболее благоприятном диапазоне.

В процессе хранения и эксплуатации ИМС подвергаются внешним воздействиям, которые обусловлены чаще всего изменением температуры или влажности окружающей среды, увеличением или уменьшением атмосферного давления, присутствием активных веществ в окружающей атмосфере, наличием вибраций, ударов и других факторов. Для защиты полупроводниковых приборов от таких воздействий предусматривается комплекс специальных мер. Наиболее широкое распространение в настоящее время получили два способа защиты полупроводниковых структур: бескорпусная защита  и корпусная защита (с использованием различных типов корпусов).

Выбор конструктивно-технологического варианта исполнения бес корпусной защиты определяется в первую очередь назначением и требованиями, предъявленными к защищаемой микросхеме. Например, если предусматривается защита сборочной единицы, в состав которой входит бескорпусная микросхема, то предварительно производится лишь промежуточная технологическая защита микросхемы, обеспечивающая  стабильность её параметров на этапе изготовления. Если же бескорпусная микросхема выпускается в виде самостоятельного изделия, то её защита осуществляется с учётом всего комплекса климатических и механических воздействий, предусмотренных техническими условиями эксплуатации на данную микросхему.

Особое требование в случае бескорпусной защиты предъявляются к химической частоте  и термостойкости герметизирующих покрытий, к их физико-механическим свойствам, влагопоглащению. Кроме того, герметизирующие материалы должны не только обеспечивать высокую жёсткость создаваемой конструкции, но и устойчивость её к различным видам воздействий.

Для бескорпусной защиты полупроводниковых структур  используются в основном неорганические и органические полимерные материалы. Более высокой надёжностью характеризуются покрытия из неорганических материалов, однако, бескорпусная защита на основе органических материалов гораздо дешевле.

Если в процессе эксплуатации или хранения полупроводниковых приборов требуется защита, обеспечивающая их работоспособность в течении промежутка времени, то в этом случае рекомендуется применять корпусную герметизацию. Причём корпуса должны отвечать следующим основным требованиям: обладать достаточной механической прочностью  и коррозионной стойкостью; иметь минимальные размеры; обеспечивать чистоту среды, окружающей полупроводниковый прибор; позволять легко и надёжно выполнять электрическое соединение  между полупроводниковым приборами печатной платы, на которую устанавливается полупроводниковый прибор; обеспечивать минимальные паразитные ёмкости и   индуктивности конструкции; обеспечивать  надёжную изоляцию между токопроводящими элементами; быть герметичными и предотвращать проникновение влаги к защищаемой микросхеме; обеспечивать минимальное тепловое сопротивление между полупроводниковой структурой  и окружающей средой ; защищать от воздействий электромагнитного поля и радиоактивного излучения; обеспечивать возможность автоматизации процесса сборки; иметь минимальную стоимость.

Защита поверхности p-n-переходов лаками и эмалями

Защищают p-n-переходы от внешних воздействий тонкими слоями специальных лаков и эмалей, наносимых на место выхода перехода на поверхность. Покрытие плотно сцепляется с поверхностью полупроводника и предотвращает доступ водяных паров, кислорода и др. Достоинством метода является его простота и технологичность.

Защита p-n-переходов методом лакировки имеет ряд недостатков. К основным из них следует отнести то, что применяемые в настоящее время лаки не отвечают требованиям, предъявляемым полупроводниковой технологией : недостаточно влагостойки, плохо переносят резкое изменение температуры окружающей среды, растрескиваются или отслаиваются при низких температурах.

Кроме перечисленных недостатков, следует отметить еще один важный недостаток лаков- их способность создавать в приповерхностном слое полупроводника значительные механические напряжения, что объясняется разными коэффициентами термического расширения лака и полупроводникового материала. Таким образом, качество защиты p-n-переходов и свойства лакированных приборов зависят от свойств лаков.

В качестве исходных материалов для лаков используются кремнийорганические смолы, обладающие высокой влагостойкостью и хорошими диэлектрическими свойствами. Однако чистые кремнийорганические лаки имеют ряд недостатков ( трескаются при низких температурах, недостаточно сцепляются с полупроводниками, хрупки) , которые устраняют введением модифицирующих добавок   и специальных наполнителей. Некоторые свойства наиболее употребительных лаков и эмалей приведены в таб. 26. При выборе защитного покрытия ( лака или эмали ) необходимо исходить из эксплуатационных требований, которые предъявляют к конкретному полупроводниковому прибору.

Важным фактором при защите p-n-переходов лаков является чистота лакируемой поверхности, которая должна быть тщательно протравлена, промыта и высушена. После сушки p-n-переходы переносят в специальных вакуумных эксикаторах в скафандры, в которых носят лак на поверхность кристалла. При нанесении лакового покрытия  лак набирают в шприц и осторожно небольшими порциями выдавливают на поверхность полупроводникового кристалла. Для покрытия круглых структур применяют различные полуавтоматические приспособления. Сушат лак в специально выделенных термостатах. Режим сушки зависит от вида лака или эмали, а также типа прибора.

Лак К-1 — довольно густая, почти прозрачная масса вязкостью 80–100 сСт при 20 С. Плёнка этого кремнийорганического лака после полимеризации при 130–150 С в течение не менее 4 ч почти прозрачна и удовлетворительно переносит термоциклирование. Термостойкость около 200 0С. Применяют лак К-1 в основном для защиты сплавных кремниевых p-n-переходов. Наносят лак иглой шприца или тонкой стальной проволокой, окуная ее в тигелек с лаком. При нанесении лак не полностью переходит с иглы ( или проволоки ) на кристалл, что приводит к утолщению ее кончика, которое удаляют, протирая иглу миткалем, смоченным в спирте.

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17