Навигация
Вимоги до захисту інтегральних мікросхем
58479
знаков
0
таблиц
9
изображений
1.2 Вимоги до захисту інтегральних мікросхем
У процесі зберігання і експлуатації ІМС піддаються зовнішнім впливам, які обумовлені частіше за все змінами температури або вологості навколишнього середовища, збільшенням чи зменшенням атмосферного тиску, наявністю активних речовин в навколишній атмосфері, наявністю вібрацій, ударів та іншими факторами. Для захисту мікросхем від таких впливів виконується комплекс спеціальних заходів. Найбільш широке поширення в теперішній час отримали два способи захисту мікросхем: безкорпусний захисту і корпусний.
Вибір конструктивно-технологічного варіанту виконання без корпусного захисту визначається в першу чергу призначенням і вимогами, які ставляться до мікросхеми, котру потрібно захистити. Якщо безкорпусна мікросхема виготовляється у вигляді самостійного виробу, то її захист здійснюється з урахуванням всього комплексу кліматичних механічних впливів, які передбачені технічними умовами на дану схему.
Особливі вимоги у випадку безкорпусного захисту ставляться до хімічної чистоти і термостійкості герметизуючих покрить, до їх фізико-механічних властивостей, вологопоглинання. Крім того, герметизуючі матеріали повинні забезпечувати не тільки високу жорсткість створюваної конструкції, але й стійкість її до різних видів впливів.
Якщо в процесі експлуатації і зберігання мікросхем потрібний захист, який забезпечував би їх роботоздатність на протязі тривалого проміжку часу, то в цьому випадку рекомендується використовувати корпусний захист. Причому корпуси повинні відповідати наступним основним вимогам: мати достатню механічну міцність і корозійну стійкість; мати мінімальні розміри; забезпечувати чистоту середовища навколо мікросхеми; дозволяти легко і надійно виконувати електричне з’єднання між елементами мікросхеми і друкованої плати, на яку встановлюється мікросхема; забезпечувати мінімальні паразитні ємності та індуктивності конструкції; забезпечувати надійну ізоляцію між струмопровідними елементами; бути герметичними і запобігати проникненню вологи до мікросхеми, яка захищається; забезпечувати мінімальний тепловий опір між мікросхемою, розміщеною всередині корпусу, і навколишнім середовищем; захищати мікросхему від дій електромагнітного поля і радіоактивного випромінювання; забезпечувати можливість процесу автоматизації процесу збірки; мати мінімальну вартість та ін.
2. ВИДИ ГЕРМЕТИЗАЦІЇ
Відомо кілька методів герметизації інтегральних мікросхем. Залежно від конструктивно-технологічного виконання, призначення й галузей застосування інтегральних мікросхем використовують корпусний та безкорпусний захист [2], а також пасивування структур мікросхем безпосередньо на підкладці [4].
2.1 Пасивування
Поряд із захистом мікросхем в корпусі широко використовується захист структур мікросхем безпосередньо на підкладці. Такий захист забезпечують спеціальні пасивуючі шари, а сам процес називається пасивуванням. В напівпровідникових мікросхемах цю роль виконує шар двоокису кремнію, отриманий або окисленням кремнієвої підкладки або термовакуумним напиленням двооксиду на поверхню кристалу готової мікросхеми. В гібридно-плівкових мікросхемах пасивування виконується нанесенням двооксидів 
, монооксидів 
, оксиду алюмінію
. Використовується також захист оплавленням скла, нанесенням плівки полімерних матеріалів і т.д.
Пасивуючий шар може забезпечити настільки надійний захист, що опресована пластмасою мікросхема виявляється досить стійкою до впливів навколишнього середовища. Такі мікросхеми задовільно працюють в умовах, непов’язаних з дією різко агресивних середовищ – морського туману, хімічно активних газів та ін. Їх широко використовують в побутовій та іншій масовій апаратурі [4]. Їхня вартість набагато нижча, ніж аналогічних мікросхем в металокерамічних і металосклянних корпусах, тому такий спосіб захисту має широке використання.
2.2 Безкорпусна герметизація
Здійснюється спеціальними вологозахисними лаками і еластичними компаундами методами лиття під тиском або заповненням у вакуумі і застосовується лише для захисту напівпровідникових мікросхем при незначній зміні зовнішніх впливів [3].
Використання безкорпусних ВІС в мікроелектронній апаратурі дозволяє забезпечити значне зменшення її малогабаритних характеристик, зниження значень перехідних опорів, паразитних індуктивностей і ємностей, збільшення надійності. Безкорпусні ВІС наділені універсальністю використання при пониженій матеріалоємності.
Безкорпусні ВІС виготовляють з гнучкими дротяними виводами, на поліамідному носії з об’ємними виводами. На комутаційній платі ВІС на поліамідному носії займають площу, в 4-10 і більше разів меншу в порівнянні з мікросхемами в корпусах. Для монтажу на плату виводи ВІС в цьому випадку мають вид квадратних контактних площадок, розміщених в периферійних областях кристалу.
Використання безкорпусних ВІС на поліамідних носіях дозволяє підвищити надійність мікроелектронної апаратури за рахунок: зменшення кількості зварних і паяних з’єднань в розрахунку на одну контактну площадку ВІС (для корпусних – три-чотири з'єднання, для безкорпусних – два-три), покращення умов відводу теплоти при установці кристалу безпосередньо на тепловідвідний п’єдестал, зниження механічних напруг в кристалі ВІС і невеликої маси.
Безкорпусні ВІС з об’ємними виводами являють собою кристали ВІС, на контактних площадках яких утворені шарикові (або стовпчикові) виводи. Об’ємні виводи виготовляють із золота, залуженої або позолоченої міді і сплаву олово-срібло. Такі ВІС займають на комутаційній платі площу в 16-40 разів меншу, ніж корпусні ВІС, і в 4-10 разів меншу, ніж безкорпусні ВІС на поліамідному носії. Опір їх виводів в 20-100 разів, паразитна ємність в 60-200 разів і міжвивідна ємність в 9-50 разів нижча, ніж у корпусних ВІС.
Об’ємні виводи на контактних площадках кристалу ВІС можуть бути сформовані двома різними способами. В першому способі, який називають «мокрим», використовують процеси вакуумного осадження бар’єрного шару (хром-нікель, хром-мідь, ванадій-мідь), на якому гальванічно вирощують пропійні шарики. Бар’єрний шар створюють з металів, які мають хорошу адгезію до алюмінію кристалу ВІС і не утворюють з ним випрямляючих контактів, тобто таких, що не впливають на електричні параметри ВІС. До недоліків «мокрого» способу відносять важкість нанесення однорідного покриття необхідної товщини, важкість контролю за складом припою і витримуванням параметрів об’ємних виводів через гальванічне розростання, а також погіршення параметрів ВІС, особливо на МДН-структурах.
Щоб уникнути недоліків «мокрого» способу формування об’ємних виводів, використовують «сухий» спосіб. Його суть полягає в ультразвуковому приєднанні шариків із золотого дроту з наступною обрізкою дроту безпосередньо над шариком. «Сухий» спосіб простий і практично не впливає на параметри ВІС.
Об’ємні виводи формують на кристалах, які знаходяться в складі пластини до її розділення. При цьому «сухий» спосіб забезпечує вибірковість у формуванні об’ємних виводів: вони створюються на контактних площадках тільки придатних, попередньо провірених по електричним параметрам кристалів ВІС.
Приєднання носія може бути здійснено пайкою або термокомпресійною зваркою. Об’ємні золоті виводи на носії формують імпульсною зваркою із золотим покриттям мідної балки, а також лазерною імпульсною зваркою або зваркою.
Приєднувати мідні, покриті олово-вісмутом, балкові виводи поліімідного носія до контактних площадок кристалів складніше, так як мідь та алюміній технічно несумісні при мікрозварці та пайці. Тому перед їх з’єднанням на контактних площадках кристалу або ленточних виводах носія формують об’ємні виводи, на кристалі – золоті або припійні, на носії – золоті.
Поліамідні носії з алюмінієвими балковими виводами (рис 2.1) приєднують до алюмінієвих контактних площадок кристалів ВІС ультразвуковою мікрозваркою. В цьому випадку при взаємодії матеріалів виводу і контактної площадки утворюється надійне однокомпонентне мікрозварне з’єднання.
Рис. 2.1 Безкорпусна інтегральна мікросхема з виводами на поліамідному носії[2]
В олов’яне покриття мідних балкових виводів вводять вісмут (до 10%) або свинець (до 40%) з метою запобіганню утворення крихкої фази інтерметаліду 
. При добавленні вісмуту товщина інтерметаліду після пайки при температурі 250ºС і часом витримки 30 с складає 0,5-2 мкм. Легування припою свинцем при пайці в таких же умовах приводить до утворення шару інтерметаліду товщиною 4-5 мкм, котрий сприяє утворенню міцних паяних з’єднань. Дальше збільшення його товщини викликає зменшення міцності.
Перед приєднанням поліамідного носія або перед установкою на комутаційну плату пластина з кристалами ВІС закріплюється на еластичній адгезійній плівці і розділяється на окремі кристали на всю товщину, що виключає необхідність в подальшому розламування пластини, і об’ємні виводи не пошкоджуються.[5]
Метод лиття і пресування полягає у використанні пластмасових матеріалів, які мають високу текучість при порівняно низьких температурах і тисках, а також погану адгезію до стінок форми. У розплавленому вигляді матеріал пластмаси заповнює всі пустоти у литтєвій формі. Процес герметизації проводиться у трансферних машинах термореактивною або термопластичною пластмасою[3].
При герметизації цим методом кристал повинен бути змонтований на рамці, стрічці або гнучкому носії. У такому вигляді він завантажується в прес-форму. Нижню частину прес-форми закривають верхньою і вміщують між двома плитами-нагрівачами двоходового гідравлічного преса. При роботі пресу відбувається замикання верхньої і нижньої частин прес-форми і витискання рухливим плунжером-трансфером прес-матеріалу, який перейшов під дією температури і тиску у в’язко-текучий стан, із завантажувальної камери через литники у робочі гнізда.
Прес-матеріал повністю огортає арматуру мікросхеми. Цей метод герметизації досить простий, високопродуктивний, але дорогий [3]. Тому застосовується лише в багатосерійному виробництві.
Для герметизації невеликих партій виробів застосовують заливання під вакуумом [3]. Змонтовані кристали завантажують в спеціальні литтєві форми, які переміщаються вздовж операційної ділянки зливного автомата. У форми дозовано подається старанно перемішаний герметизуючий компаунд, потім проводять відкачування повітря для усунення пухирців повітря з компаунда. Після заливання при певних температурно-часових режимах проводиться затвердіння компаунда. Цей метод має низьку продуктивність.
При проектуванні електронних апаратів широко застосовують безкорпусні ІМС (БкІМС) призначені, як правило, для монтажу в ГІС або мікрозбірку із загальною герметизацією чи без неї [2]. Захист БкІМС здійснюють за допомогою лаків або інших діелектричних покриттів. За конструктивним виконанням БкІМС можуть бути із гнучкими виводами, зі стрічковими (павуковими) виводами на поліімідній плівці, з жорсткими виводами, на спільній пластині (не розділені) та ін. БкІМС монтують єдиним методом ТПМК. Для автоматизації складальних операцій найчастіше використовують БкІМС зі стрічковими виводами [2]. Кристал БкІМС установлюють на стрічковий носій, що забезпечує з’єднання між ІМС і виробом, в який БкІМС монтується, а також тепловідведення від кристала. БкІМС мають найменші значення перехідних опорів, паразитних індуктивностей та ємностей порівняно з будь-якими із типів корпусних ІМС. Пристрої на БкІМС мають найбільшу щільність монтажу [2]. Герметизацію пристроїв на БкІМС здійснюють на рівні мікрозбірок, ГІС або системи.
Функція захисту від кліматичних впливів, дій агресивних середовищ, атмосферного кисню, пилу, вологи, механічних і електромагнітних дій, вібрації покладається головним чином на корпус мікросхеми [4].
Похожие работы
... ія повинна мати високу надійність, мати корозійну і радіаційну стійкість, а також бути простою та економічною у виготовлені. Висновки В курсовому проекті виконано розробку конструкторської документації гібридної інтегральної мікросхеми. При цьому розраховано геометричні розміри елементів, площу плати і вибраний її типорозмір. Для даного варіанту площа становить 51,381 мм2. отже розмір плати ...
... 4. Як графічно позначаються польові транзистори? Інструкційна картка №9 для самостійного опрацювання навчального матеріалу з дисципліни «Основи електроніки та мікропроцесорної техніки» І. Тема: 2 Електронні прилади 2.4 Електровакуумні та іонні прилади Мета: Формування потреби безперервного, самостійного поповнення знань; розвиток творчих здібностей та активізації розумово ...
... що входять до складу припою, флюсів та миючих середовищ, до приміщень та робочих дільниць, де виконується паяння, ставляться особливі вимоги. 2.2. Вимоги до виробничих приміщень, технологічних процесів і обладнання Дільниці, на яких зосереджені операції паяння, виділяють н окреме приміщення. Опорядження приміщень, повітропроводів, комунікацій, опалювальних приладів має допускати їх очищення ...
... напилення резистивної плівки, а також контактних майданчиків і провідників через маску; фотолітографія резистивного шару; нанесення захисного шару. [1] РОЗДІЛ 3. МЕТОДИ МЕТАЛІЗАЦІЇ ІНТЕГРАЛЬНИХ СХЕМ 3.1 Термічне (вакуумне) напилення Схема цього методу показана на рис 3.1. Металевий або скляний ковпак 1 розташований на опорній плиті 2. Між ними знаходиться прокладка 3, що забезпечує пі ...
0 комментариев