брака могут быть устранены и предупреждены при соблюдении технологии, качественном контроле паяемых деталей и узлов и тщательной проверке кассет после их изготовления и в процес­се работы.

В настоящее время в промышленности применяют способы герметизации с помощью бесфлюсовой пайки (например, пай­ка эвтектикой золото-олово), которую осуществляют в конвей­ерных печах в среде инертного газа при 320-350 °С (температу­ра плавления эвтектики 280 °С). Поскольку припой обладает низкой текучестью, пайка требует длительного времени, при этом основание корпуса и крышку предварительно золотят. Сплав золото-олово очень хрупкий, поэтому изготовление прокладок из этого припоя представляет собой сложный технологический процесс.

13.3. Герметизация пластмассами

Современный этап развития электронной промышленности характеризуется значительным увеличением объёмов производ­ства надежных и дешевых полупроводниковых приборов и мик­росхем в пластмассовых корпусах. Такое увеличение связано с дальнейшей микроминиатюризацией, заменой дорогостоящих металлостеклянных и металлокерамических корпусов, экономи­ей драгоценных металлов, возможностью совмещения техноло­гических операций изготовления корпусов и герметизации и полной их механизации.

Пластмасса изолирует приборы и микросхемы от внешних воздействий и обеспечивает требуемую механическую и элект­рическую прочность. Различные типы ИМС герметизируют в пластмассовые корпуса разными способами, что связано в ос­новном с их конструктивными особенностями и объемами про­изводства. Различают следующие технологические способы пла­стмассовой герметизации: литьевое или трансферное прессова­ние; компрессионное прессование; опрессовка с помощью жид­ких композиций; обволакивание и окунание: герметизация в полые пластмассовые корпуса; заливка во вспомогательные съем­ные формы; заливка в предварительно изготовленный корпус-капсулу. Способ трансферного прессования как для термоплас-

тичных, так и для термореактивных масс, распространен в про­мышленности наиболее широко.

Несмотря на то, что многие полупроводниковые приборы, диодные матрицы и интегральные микросхемы, герметизирован­ные пластмассами, успешно работают в различных электронных устройствах и аппаратуре, повышение надежности этих изде­лий остается актуальным вопросом. Это связано с тем, что гер­метизация с помощью пластмасс имеет и недостатки: ухудше­ние условий теплоотвода; появление остаточных напряжений, возникающих при отверждении герметика; недостаточность вла­гостойкости вследствие сорбции влаги полимерами; подвержен­ность процессам старения.

Защитные свойства пластмассового корпуса характеризуют­ся скоростью проникновения через пластмассу газов и паров, количеством адсорбируемой влаги, адгезией пластмассы к ме­таллу рамки и выводов.

Для герметизации полупроводниковых приборов и микро­схем используют различные пластичные материалы на основе эпоксидных, кремнийорганических и полиэфирных смол (эмали, заливочные компаунды, порошкообразные композиции). К ним предъявляют требования, определяемые надежной работой из­делий в различных климатических условиях при электричес­ких и механических нагрузках.

Различают две основные группы свойств пластмасс: физи­ко-химические и технологические, характеризующие перераба-тываемость пластмасс. К первой группе относятся плотность, теплопроводность, механическая прочность; термостойкость, элек­троизоляционные свойства и др. В зависимости от типа герме­тизируемых приборов отдельные электрические характеристики приобретают особое значение.

Так, при герметизации высоковольтных полупроводниковых приборов необходимо использовать материал, обладающий вы­сокой электрической прочностью, которая служит критерием для сравнительной оценки способности данной пластмассы про­тивостоять электрическому пробою. Для приборов, работающих в СВЧ диапазоне, большое значение имеют диэлектрическая проницаемость и тангенс угла диэлектрических потерь (способ-

ность пластмассы рассеивать электрическую энергию в перемен­ном поле). Для маломощных диодов, обладающих малыми уров­нями обратных токов, необходимо выбирать пластмассы с высо­кими значениями поверхностных и объемных сопротивлений.

Ко второй группе относятся текучесть, скорость отвержде­ния, усадка и др. Текучесть характеризует способность материа­ла к переработке, т.е. способность пластмассы под действием теплоты и давления течь и заполнять пресс-форму или заливоч­ную форму. Текучесть зависит от внутреннего трения между час­тицами материала (степень трения, в свою очередь, определяется вязкостью смолы, природой наполнителя и его количеством), внешнего трения (обусловленного качеством полировки пресс-формы и степенью прилипания к ней материала) и от скорости отверждения. При слишком высокой текучести материал зате­кает в мельчайшие зазоры между соединяемыми деталями пресс-формы, прилипает к поверхности формующих полостей, а при низкой текучести повышается удельное давление прессования.

Усадка — это свойство пластмасс уменьшаться в размерах при охлаждении, которая зависит прежде всего от природы ма­териала, давления и температуры прессования, изменения струк­туры материала при отверждении и др. Для материалов, ис­пользуемых при герметизации в полупроводниковой промыш­ленности, усадка допускается не более 0,6 %.

Важным свойством пластмасс является стойкость к набу­ханию во влажной атмосфере. При повышенной влажности пласт­масс возрастает усадка, увеличивается деформация изделий (ко­робление) и время выдержки при прессовании, что отрицательно сказывается на качестве герметизации. Радикальными средствами уменьшения влажности пресс-материалов являются их сушка за счет предварительного прогрева.

Герметизация прессованием пластмасс основана на особен­ности ряда полимерных материалов расплавляться и течь под дей­ствием температуры и давления, заполняя при этом пустоты ме­таллической формы с изделиями. Применяют в основном два спо­соба герметизации прессованием: компрессионное и литьевое. При компрессионном прессовании пресс-материал помещают непосред­ственно в пресс-форму, при литьевом — в загрузочную камеру.

Герметизация компрессионным прессованием (см. рис. 13.7) происходит следующим образом. В пресс-форму (2) загру­жают арматуру изделия и таблетированный или порошкообраз­ный материал (3). При смыкании пресс-формы пресс-материал под воздействием теплоты и давления, развиваемого прессом, переходит в пластическое состояние и заполняет формующую полость (4). По окончании выдержки спрессованные изделия вынимают из пресс-форм. При компрессионном прессовании дав­ление не остается постоянным. В начале прессования, когда ма­териал переходит в пластифицированное состояние, заполняет формующую полость пресс-формы и начинает полимеризовать-ся, давление достигает максимума. К этому времени формующая полость заполняется полностью, но пластмасса еще не затвердев ла. При дальнейшей выдержке высокое давление сохранять не нужно. Выдержку проводят при незначительном давлении, что­бы обеспечить выход летучих веществ и воды, выделяемых пресс-материалом. Основными параметрами технологического режима прессования являются температура, удельное давление и про­должительность выдержки герметизируемых изделий под дав­лением в пресс-форме.

При литьевом прессовании (см. рис. 13.8) загрузочная ка­мера пресс-формы отделена от формующей полости. Пресс-ма­териал помещают в загрузочную камеру, где он подвергается воздействию теплоты и давления. Переходя в полужидкое со­стояние, пресс-материал по специальным каналам-литникам поступает в формующую полость пресс-формы, в рабочих гнез­дах которой заложена арматура полупроводниковых изделий, что обеспечивает полный равномерный прогрев всего пресс-ма­териала.

Основные требования, предъявляемые к полимерным мате­риалам, используемым для герметизации, это способность к хо­рошему измельчению, формованию при низких давлениях, со­хранению высокой текучести на период протекания состава и заполнения пресс-формы, а также отсутствие абразивного дей­ствия на пресс-форму. Это надо учитывать при выборе наполни­телей, поскольку приходится иметь дело с литниками, имеющи­ми диаметры несколько десятых долей миллиметра.

При заполнении пресс-формы пластмассой, представляющей собой вязкие жидкие композиции, можно вызвать повреждения изделий и монтажных соединений. Эти повреждения могут по­явиться в результате возникновения механических воздействий на изделия из-за гидравлического сопротивления протеканию пластмассы в оформляющей полости пресс-формы.

Способность формоваться при низких давлениях (0,5 - 5) 106 Па имеют специально разработанные эпоксидные составы ЭФП, К81-39С, кремнийорганический пресс-порошок ЭКП-200 и др.

Технологический процесс литьевого прессования (трансфер-ного литья) на съемных пресс-формах состоит из подготовки материала к прессованию, подготовки пресс-форм и размещения в них арматур, собственно трансферного литья, доделочных опе­раций, контроля качества спрессованных приборов.

В подготовку пресс-материалов входят просев, окрашивание, отмеривание дозы пресс-порошка и таблетирование и сушка. Эти операции направлены на ускорение технологического про­цесса, улучшение качества и внешнего вида пластмассовых кор­пусов. Указанные операции не являются общепринятыми для всех видов и марок пресс-материалов, а применяются при необ­ходимости.

Так, при повышенном по сравнению с допустимым содержа­нием влаги и других летучих веществ в пресс-материалах про­изводят сушку пресс-порошков при 80 °С. При повышенных требованиях к пластмассовым корпусам приборов или микро­схем пресс-порошки дополнительно просеивают через специаль­ное сито.

При герметизации пластмассами способом литьевого прессо­вания большое значение приобретает точная дозировка пресс-

материала, загружаемого в загрузочную камеру. Такая дози­ровка обычно обеспечивается таблетированием пресс-материа­ла, т.е. его механическим прессованием в твердые таблетки различной формы на специальных таблеточных машинах.

К преимуществам таблетирования порошкообразных мате­риалов относят: уменьшение объема исходного материала, а сле­довательно, размеров загрузочных камер пресс-формы и упроще­ние их загрузки; сокращение потерь сырья; ускорение процесса предварительного подогрева и сокращение цикла прессования.

Подготовка пресс-форм для герметизации состоит из очист­ки и протирки рабочих поверхностей миткалем или бязью, смо­ченной в спирте; смазки их кремнийорганическими жидкостя­ми во избежание прилипания материала; загрузки арматуры; предварительного прогрева пресс-формы при повышенных тем­пературах (150-180 °С).

Наиболее удобно герметизировать прессованием полупровод­никовые приборы и интегральные микросхемы, собранные на отрезках ленты или рамках, где имеются специальные техноло­гические отверстия, которые совмещают с фиксирующими штырь­ками пресс-форм для точной посадки арматуры в формующие полости. Загрузка арматуры для компенсации потери теплоты выполняется на рабочей плите пресса, нагретой до 180—200 °С. После этого пресс-форму собирают и под прессом смыкают ее верхнюю и нижнюю части. Качество герметизации в большой степени зависит от конструкции пресс-форм, которые являются сложным и дорогостоящим инструментом. Устройство пресс-форм разнообразно и зависит от конструкции герметизируемого изделия, имеющегося оборудования и требуемой производитель­ности. Пресс-формы, используемые для трансферного литья, по характеру эксплуатации могут быть съемными и стационарны­ми; по количеству одновременно прессуемых изделий - одно- и многогнездными; по положению плоскости разъема - с одной или несколькими плоскостями разъема. Съемные пресс-формы в процессе прессования не закрепляются на плитах и снимаются с них для извлечения готового изделия и загрузки новой партии приборов. Стационарные пресс-формы закреплены на плитах пресса неподвижно, поэтому загрузка изделий и извлечение их после герметизации осуществляются без съема пресс-формы.

Оптимальные технологические режимы прессования выбира­ют в результате предварительных расчетов и оценки качества готовых изделий (визуально, сравнением физико-химических показателей и полноты отверждения). Давление прессования определяют по формуле

Средняя скорость впрыскивания пластмассы определяется давлением прессования и сечением литников и оформляющих полостей пресс-формы. По мере увеличения давления прессова­ния возрастает средняя скорость впрыскивания пластмассы, со­кращается время заполнения пресс-формы, но одновременно возрастают динамические нагрузки, которые могут привести к нарушению целостности герметизируемой арматуры. Снижение скорости впрыскивания, а следовательно, и увеличение времени заполнения пресс-формы возможны лишь в определенных пре­делах, поскольку это связано с ограничением времени жизни пресс-порошка в жидком состоянии (для пресс-материалов ЭФП оно составляет 40-50 с). Переход герметизирующего материала ЭФП из жидкого состояния в отвержденное длится 180-200 с с момента засыпки порции порошка в загрузочную камеру. Ис­ходя из этого и учитывая время разогрева порции пресс-порош­ка в загрузочной камере до подачи давления, и рассчитывают время, необходимое для герметизации корпусов.

Герметизация приклеиванием крышки к основанию (см. рис. 13.9) — наиболее простой способ, не требующий примене­ния сложного специализированного оборудования. При этом к клеевому составу предъявляются следующие требования: высо­кая адгезия к материалу корпуса; максимально близкое согла­сование в значениях коэффициента температурного расширения клея и материала корпуса; невысокая вязкость, обеспечиваю-

щая получение клеевого шва толщиной 0,1-0,2 мм; умеренная температура отверждения (не выше 70-80 °С). Наиболее полно удовлетворяют таким требованиям эпоксидные клеи и компа­унды с минеральным наполнителем.

Рис. 13.9. Микросхема в полом пластмассовом корпусе: 1 - основа­ние корпуса; 2 - крышка; 3 - микросхема; 4 - клеевой шов

Перед нанесением компаунда торцы боковых сторон основа­ния и край крышки по периметру зачищают для получения шероховатой поверхности. После приклеивания крышки к ос­нованию корпуса их плотно зажимают.

Основными видами брака при данном способе герметизации могут быть щели в клеевом соединении крышки и основания корпуса, перекос крышки относительно корпуса, значительные раковины, пузыри, посторонние включения в клеевом шве.

Способ герметизации свободной заливкой во вспомогатель­ные съемные формы обычно применяют для приборов мелких серий со сложной арматурой. Сущность способа состоит в за­полнении жидким компаундом специальных форм, в которых размещены блоки арматур полупроводниковых приборов или микросхем. В качестве заливочных компаундов используют чаще Жидкие компаунды на основе эпоксидных смол.