Бескорпусная защита имс, смонтированных на полиимидных носителях

Современная технология изготовления ИМС предусматривает обычно защиту поверхности полупроводникового кристалла тонкими неорганическими пленками Si0₂, Si3N₄, A1₂0₃, легкоплавких стекол, основное назначение которых заключается в стабилизации состояния поверхности. В ряде случаев они не являются достаточно надежной защитой от воздействия окружающей среды (паров воды, агрессив­ных газов), внешних загрязнений, механических воздействий, не способны обеспечить укрепление конструкции и электрических выво­дов ИМС.

Для бескорпусных ИМС период от сборки и монтажа ИМС до установки их в блок МЭА и герметизации в составе блока довольно продолжителен. При эксплуатации в герметичном объеме блока МЭА ИМС испытывают воздействие знакопеременных температур, механических ускорений и вибрации, подвергаются влиянию паров воды, других компонентов парогазовой среды и т.д. Поэтому, по­мимо защиты тонкими пленками неорганических материалов, для бескорпусных ИМС применяют защиту органическими полимер­ными материалами, к которым предъявляется целый комплекс тре­бований по физико-механическим и электрофизическим свойствам.

Защитные полимерные материалы должны обладать следую­щими свойствами:

• иметь высокую адгезию к материалам конструкции, доста­точно высокую прочность, малые внутренние напряжения для на­дежного укрепления конструкции и электрических выводов бескор­пусных ИМС;

• иметь минимальную усадку при отверждении, сохранять в диапазоне рабочих температур достаточную эластичность, иметь близкие с материалом конструкции значения ТКР;

• иметь высокое удельное объемное электрическое сопротивле­ние, минимальную поляризуемость, чтобы не влиять на перераспре­деление зарядов в подзатворном диэлектрике;

• быть коррозионно пассивными по отношению к металлам и сплавам электрических межсоединений и выводов ИМС, иметь ми­нимальное количество ионогенных примесей, которые могут интен­сифицировать процессы коррозии, привести к термополевой неста­бильности параметров ИМС и другим отрицательным последствиям;

• быть гидрофобными, обеспечивать стабильность поверхност­ного состояния полупроводника и электрических параметров ИМС в условиях повышенной влажности и необходимое время влагозащиты;

• быть термо- и радиационно устойчивыми, иметь незначи­тельное газовыделение при повышенных температурах;

• легко наноситься на поверхности изделия и отверждаться за сравнительно короткий срок.

Потеря работоспособности ИМС в бескорпусном исполнении, защищенных органическими полимерными материалами или герме­тизированных в монолитные корпуса, вызывается поглощением герметизирующим полимерным материалом влаги и увлажнением по­верхности ИМС. Отказ ИМС наступает при достижении критической концентрации, соответствующей критическому давлению паров воды. Время, в течение которого на поверхности ИМС достигается критиче­ская концентрация влаги, определяют из выражения

(1),

где Р_кр - критическое давление паров воды, приводящее к отказу; Р₀ -парциальное давление паров воды окружающей среды; d - толщина гер­метизирующей оболочки; D - коэффициент диффузии молекул воды в герметизирующей оболочке, м /с.

Как видно из (1), т определяется толщиной герметизирующего материала d, коэффициентом диффузии воды D в нем и отношением Р_кр /Ро. Формула (1) предполагает, что с поверхностью ИМС полимер имеет слабую адгезию. Значения D для различных герметизирующих материалов приведены в табл. 6.

Таблица 6

Значения коэффициентов диффузии влаги для герметизирующих полимерных материалов

Материал	Коэффициент диффузии влаги D, м /с	Назначение материала
Компаунд ЭК-16 "Б"	6,4x10-13	Герметизация заливкой
Кремнийорганический эластомер	8,2x10-13	Тоже
Компаунд ЭКМ	7,1x4x10-13	Бескорпусная и корпусная герметизация полупроводни­ковых ИМС
Порошковый компаущ ПЭП-177	1,14х10-12	Бескорпусная герметизация толстопленочных гибридных ИМС вихревым напылением
Тиксотропный компа­унд Ф-47	1,5х10-12	Герметизация толстопленоч­ных гибридных ИМС
Тиксотропный компа­унд ЭК-91	3,0x10-12	Тоже
Таблетируемый ком­паунд ПЭК-19	2,1х10'2	Герметизация заливкой
Эмаль ЭП-91	1,08х10-13	Бескорпусная герметизация
ЛакАД-9103	1,21х10-13	Бескорпусная герметизация полупроводниковых ИМС
Эмаль КО-97	1,1х10-13	Го же
ЛакУР-231	3,5x10-12	Бескорпусная герметизация гонкопленочных гибридных ИМС
Лак ФП-525	1,18х10-12	Го же
Покрытие СИЭЛ	6,1хЮ13	Бескорпусная герметизация полупроводниковых ИМС

Для защиты полупроводниковых приборов и ИМС использует­ся достаточно широкая номенклатура органических полимерных материалов. Наибольшее распространение получили кремнийорганические защитные компаунды, эпоксидные и полиимидные компо­зиции.

Для защиты поверхности кристаллов БИС, собранных на гиб­кой полиимидной плате с алюминиевой металлизацией, нашел при­менение полиимидный лак АД-9103. После нанесения лака на по­верхность кристаллов проводят его имидизацию - термическую циклизацию. При этом происходит удаление растворителя и влаги из покрытия:

Термический режим имидизации - ступенчатый (Ттяк = 325 ± 15 °С).

Для устранения коробления полиимидного покрытия и дополнительного увеличения прочности сварных соединений внешнихА1 выводов к золоту на стадии изготовления гибкой платы приме­няют дополнительную термообработку при 300 °С. Покрытие из лака АД-9103 прозрачное, слегка желтоватое.

ИМС, собранные на полиимидной. гибкой плате с Си метал­лизацией и покрытием Sn - Bi, не выдерживают высокотемператур­ной обработки, требуемой для имидизации полиимидного лака АД-9103. В этом случае используется технология с применением эпоксидной эмали ЭТ1-91, максимальная температура процесса ее сушки Т- 190 + Ю °С, эмаль ЭП-91 - зеленого цвета.

Значительным прогрессом в области разработки кремнийорга-нических компаундов явилось создание материалов, вулканизируе­мых по реакциям полиприсоединения. Это отечественные компаун­ды типа СИЭЛ (силоксан эластичный) марок 159-167, 159-190, 159-191 и др. От кремнийорганических материалов, вулканизируемых по механизму гидролитической конденсации, указанные материалы отличаются отсутствием выделения побочных продуктов при от­верждении, полнотой отверждения в слоях большой толщины, большой жизнеспособностью композиций, высокой термо- и радиа­ционной стойкостью, высокой адгезией и др. Покрытие СИЭЛ - бе­лого цвета. Технологические процессы сборки и монтажа бескор­пусных ИМС включают следующие основные операции для создания защитных покрытий на кристаллах:

• сушку изделий (смонтированных на ПН кристаллов) перед нанесением покрытия;

• нанесение защитного покрытия из полимерного материала;

• сушку (термообработку) защитного покрытия;

• контроль внешнего вида ИМС после сушки.

Технология обеспечивает качество и надежность изготавливае­мых бескорпусных интегральных микросхем на гибких полиимид-ных носителях.

Пути дальнейшего совершенствования технологии полимерной защиты бескорпусных ИМС, монтируемых на гибких ПН,-повы­шение адгезии покрытия к поверхности кристалла, уменьшение со­держания ионогеиных примесей в защитном покрытии, снижение влияния на ИМС отрицательных факторов (внутренних механиче­ских напряжений, высокотемпературных воздействий и др.), приме­нение для защиты поверхности кристаллов кремнийорганических материалов, отверждаемых по механизму полиприсоединения.