Особливості герметизації кристала

План

Пайка в герметизації

Пайка кераміки з металом

Пайка скла з металом

Зварювання електроконтакта

Холодне зварювання

Герметизація пластмасою

Після того, як напівпровідниковий кристал орієнтований і закріплений на підставі корпусу і до його контактних майданчиків приєднані виводи, його необхідно захистити від впливу навколишнього середовища, т. е. створити навколо нього герметичну і механічну міцну оболонку. Така оболонка може бути створена або приєднанням до основи корпусу спеціальної кришки (балона), яка накриває напівпровідниковий кристал і ізолює його від зовнішнього середовища, або обволіканням основи корпусу з розташованим на нім напівпровідниковим кристалом пластмасой, яка також відділяє кристал від зовнішнього середовища.

Для герметичного з' єднання основи корпусу з кришкою або балоном (дискретний варіант напівпровідникових приладів) широко використовують пайку, зварювання електроконтакта і холодної, а для герметизації кристала на утримувачі(заливку, обволікання і опресовування пластмасою.)

Пайка. Пайку застосовують для герметизації як дискретних приладів, так і ІМС. Найбільше практичне використання цей процес знайшов при зборці і герметизації корпусів діодів і транзисторів. Елементи конструкції корпусів включають окремі вузли і блоки,отримані на підставі процесів пайки,: металу з металом, металу з керамікою і металу із склом. Розглянемо ці відіа пайки.

Зупинимося лише на технологічних особливостях, які пов'язані з отриманням герметичних паяних з' єднань.

Основними елементами паяного з'єднання при герметизації інтегральних схем є основа корпусу і кришка. Процес з'єднання основи корпусу з кришкою може проводитися або з використанням прошарку припаю, який розташовується між основою корпусу і кришкою у вигляді кільця, або без прошарку припаю. У іншому випадку краю основи корпусу і кришки заздалегідь лудять припаєм.

При герметизації діодів, транзисторів і тиристорів в залежності від конструкції корпусу можуть мати місце декілька паяних з'єднань. Так, пайкою сполучають кристалотримач з балоном і герметизують верхні виводи корпусу тиристора.

До процессу пайки при герметизації пред'являють вимоги по чистоті початкових деталей, які заздалегідь піддати очищенню, промиванню і сушці. Процесс пайки проводять у вакууме, інертному або відновному середовищі. При використанні флюсів пайку можна проводити на повітрі. Флюси в значної мірі покращують змочування і розтікання припою по з’єднуваним поверхнях деталей, а це запорука утворення герметичного паяного шва. По виконуваній ролі флюси підрозділяють на дві групи; захисні і активні. Захисні флюси захищають деталі від окислення в процессі пайки, а активні сприяють відновленню оксидів, що утворилися в процессі пайки. Як захисні флюси найчастіше використовують розчини каніфоль. Активними флюсами служать хлористий цинк і хлористий амоній. Для пайки використовують припаї ПОС- 40 і ПОС- 60.

Пайка кераміки з металом. У напівпровідниковій техніці. як і в електровакуумній, широке застосування знаходять спаї кераміки з металом, які забезпечують надійнішу герметизацію.інтегральних схем.

Припаї, які використовують для пайки металу з металом, не змочують поверхню керамічних деталей і тому не споюються з керамічними деталями корпусів інтегральних схем.

Для отримання паяних з'єднань кераміки з металом її заздалегідь металізують. Металізація проводитися за допомогою паст, які наносять на керамічну деталь. Хорошій зчеплення кулі металізації з поверхнею кераміки досягається високотемпературним вжиганням. При вжигання паст розчинник випаровується, а металеві частки міцно з' єднуються з поверхнею керамічної деталі. Товщина возжженного кулі металу складає зазвичай декілька мікрометрів. Нанесення і вжигання пасти можна повторювати по декілька разів, при цьому товщина кулі збільшується і якість кулі металізації покращується. Отриману таким чином металлизированнію керамікові можна паяти звичайними припоями.

Пайка скла з металом. Стекло ні з одним з чистих метал-лов не спаюється, оскільки чиста поверхня металів не змочується або погано змочується рідким склом.

Проте якщо поверхня металу покрита кулею оксиду, то змочування покращується, оксид частково розчиняється в склі і після охолодження може статися герметичне з' єднання. Для здійснення пайки скла з металом для отримання герметичних спаїв необхідно: підбирати компоненти з однаковими коефіцієнтами термічного розширення; застосовувати скляними припій у вигляді суспензії з металевим порошком; поступово переходити від металу до основного скла за допомогою проміжних стекол; металізувати поверхню скла.

Зварювання електроконтакта. Цей процес широко використовується для герметизації корпусів напівпровідникових приладів і інтегральних мікросхем. Вона заснована на розплавленні певних частин металевих деталей, що сполучаються, за рахунок проходження через них електричного струму. Суть процесу электро-контактної зварювання полягає в тому, що до зварюваних деталей підводят два електроди, на які подають певну напругу. Оскільки площа електродів значно менша, ніж площа зварюваних деталей, то при проходженні через усю систему електричного струму в місці зіткнення зварюваних деталей, що знаходяться під електродами, виділяється велика кількість теплоти. Це відбувається за рахунок великої щільності струму в малому об'ємі матеріалу зварюваних деталей. Велика щільність струму розігріває контактні ділянки певних зон початкових матеріалів.

При припиненні дії струму температура контактних участків знижується, що спричиняє за собою охолодження розплавленої зони і її рекристалізацію. Отримана таким чином зона рекристалізації герметично сполучає однорідні і різно - рідні металеві деталі один з одним.

Велике значення для якісної герметизації корпусів приладів електрозварюванням має матеріал, з якого виготовляють робочі електроди. До матеріалу електродів пред'являють повишені вимоги по тепло - і електропровідності, а також по механічній міцності. Електроди повинні добре прилягати один до одного по робочих зварюваних поверхнях. Наявність дефектів на робітниках поверхностях деталей (риски, вм'ятини, раковини і т. п.) призводить до нерівномірного розігрівання зварюваних ділянок деталей і створення негерметичного зварного шва в готовому виробі. Особливу увагу слід приділяти кріпленню електродів в электротримача, оскільки при поганому кріпленні між ними виникає так звань перехідний опір, який призводить до розігріву самих электротримачів. Електроди мають бути строго між собою. Відсутність співвісної електродів призводить до виникнення браку при зварюванні.

Холодне зварювання. Метод герметизації холодним зварюванням широко використовується в електронній промисловості. У деяких випадках, коли при герметизації початкових деталей корпусів недопустимий їх нагрів і потрібно високу чистоту процесу, застосовують холодне зварювання(зварювання під тиском. Крім того, холодне зварювання забезпечує міцне герметичне з' єднання найчастіше забезпечує різнорідних металів (міді, нікелю, ковара і сталі).

До недоліків цього методу слід віднести наявність значною деформації деталей корпусів в місці з' єднання, що призводить до істотної зміни форми і Герметизація пластмасою. Дорогу герметизацію скляних, метало скляних, металокерамічних і металевих корпусів нині успішно замінюють пластмасовою герметизацією. }У ряді випадків це підвищує надійність приладів і ІМС, оскільки усувається контакт напівпровідникового кристала з газовим середовищем, що знаходиться усередині корпусу.

Пластмасова герметизація дозволяє надійно ізолювати кристал від зовнішніх дій і забезпечує високу механічну і електричну міцність конструкції. Для герметизації ІМС широко використовують пластмаси на основі епоксидних, кремній-органичнх і поліефірних смол.

Основними методами герметизації є заливка, обволікання і опресовування під тиском. При герметизації заливкою використовують порожнисті форми, в які поміщають напівпровідникові кристали з припаяними зовнішніми виводами. Всередину форм заливають пластмасу.

При герметизації приладів обволіканням беруть два (чи більше) виводи, виготовлених із стрічкового або дротяного матеріала, сполучають їх між собою скляною або пластмасовою бусой і на один з виводів напувають напівпровідникові кристал, а до іншого (іншим) виводу приєднують електричні контактні провідники. Отриману таким чином зборку герме-тизируют обволіканням пластмасою.

Найбільш перспективним шляхом вирішення проблеми зборки і герметизації приладів є герметизація кристалів з активними елементами на металевій стрічці з наступною герметизацією пластмасою. Перевага цього методу герметизації складається в можливості механізації і автоматизації процесів збірки різних типів ІМС. Основним елементом конструкції пластмасового корпусу є металева стрічка. Для вибору профілю металевої стрічки необхідно виходити з розмірів кристалів, теплових характеристик приладів, можливості монтажа готових приладів на друковану плату електронної схеми, максимальній міцності на відрив від корпусу, простоти конструкції.

Технологічна схема пластмасової герметизації приладу включає основні етапи планарної технології. Приєднують напівпровідникові кристали з активними елементами до металевої стрічки, покритої золотом, евтектичним сплавленням золото з кремнієм або звичайною пайкою. Металеву стрічку виготовляють з ковара, міді, молібдену, сталі, нікелю.

 

Питання:

Що таке герметизація?

Які види пайки використовуються в герметизації?

 

Література:

 Закалик Л.У., Ткачук Р.А. Основи

мікроелектроніки.- Тернопіль, 1998. - 386 с.

 

Лекція №8