Защитные материалы и методы герметизации микроэлементов, микромодулей и микросхем

Для увеличения срока службы, а также повышения надежнос­ти производятся покрытие микроэлементов, микромодулей и микросхем защитными материалами и их герметизация.

Выбор защитных материалов зависит от их физических, хими­ческих и технологических свойств, области применения, методов наиболее рационального использования. В качестве защитных ма­териалов используются эпоксидные и силиконовые материалы, кремнийорганические смолы и др.

Эпоксидные материалы выпускаются в виде смол, компаундов, клеев, эмалей, пропиточных лаков и широко используются для заливки микромодулей, микросхем, а также для пропитки мик­ротрансформаторов и катушек индуктивности. Эпоксидные смо­лы имеют высокие влагозащитные, механические и электричес­кие свойства; термостойкость смол до 250 °С.

Силиконовые материалы выпускаются в виде смол, компаун­дов, лаков, жидкостей, каучуков и применяются для заливки и обволакивания микроэлементов. По стойкости к изменениям температуры силиконовые материалы значительно превосходят дру­гие синтетические смолы. Они очень влагостойки и обладают хо­рошими электроизоляционными характеристиками, которые не изменяются при высоких температурах.

Кроме того, выпускается также большая номенклатура крем-нийорганических смол, применяемых для заливки и пропитки мик­роэлементов.

Герметизация микроэлементов, микромодулей и микросхем осуществляется пропиткой, заливкой, обволакиванием, корпус­ной защитой, покрытием пластмассой.

Выбор способа герметизации определяется в основном услови­ями эксплуатации, имеющимся оборудованием и необходимой производительностью. В каждом конкретном случае следует выби­рать оптимальные материалы и метод герметизации.

Рассмотрим наиболее распространенные методы герметизации микроэлементов, микромодулей и микросхем.

При герметизации пропиткой жидкий лак или компаунд вводят во все внутренние пустоты микроэлемента. При использовании этого метода сначала удаляется влага из микроэлемента, затем его погру­жают в герметизирующий состав и после этого сушат. Часто эти процессы проводятся одновременно с воздействием давления и ва­куума. Для ускорения процесса пропитки применяют ультразвук, что позволяет в 3...5 раз сократить время пропитки; кроме того, процессы с использованием ультразвуковой пропитки хорошо под­даются механизации. Иногда пропитку выполняют методом цент­робежной отливки. Пропитка способствует повышению влагостой­кости, электрической и механической прочности, а также повы­шению рабочих характеристик микроэлементов.

При герметизации заливкой компаундами обычно применяют формочку, которая не отделяется от залитого микроэлемента. Под заливкой также понимается и нанесение защитного слоя прямо на поверхность печатной платы или микроэлемента. Обычно их заливают вакуумированным компаундом.

Заливка обеспечивает защиту функциональных узлов и моду­лей от механических и климатических воздействий в широком ин­тервале температур. Заливка часто производится в сочетании с про­питкой. Так, например, микротрансформаторы герметизируют про­питкой и заливкой эпоксидными смолами.

При герметизации обволакиванием обычно наносят несколько слоев влагостойкого герметизирующего материала. Часто произ­водится предварительное обволакивание кремнийорганическими компаундами. Обволакивание может осуществляться как ручным способом, так и на полуавтоматах и автоматах.

Корпусная защита микроэлементов, микромодулей и микросхем значительно повышает их эксплуатационные свойства. Микросхе­мы выпускаются в унифицированных стандартизованных металлических или пластмассовых корпусах, служащих для защиты эле­ментов микросхем от механических и климатических воздействий.

По конструктивно-технологическому признаку корпуса мик­росхем классифицируются на металлокерамические, металлостеклянные, металлополимерные, керамические и пластмассовые.

Наиболее широкое применение получили металлокерамичес­кие и металлополимерные плоские корпуса (рис. 3.15, а), а также металлостеклянные круглые (рис. 3.15, б).

Внутри корпуса к его основанию пайкой или приклеиванием крепится подложка микросхемы. Выводы корпуса соединяются с контактными площадками подложки микросхемы золотыми про­волочками толщиной 20...50 мкм с помощью термокомпрессии или лазерной сварки.

При промышленном изготовлении микроблоков из интеграль­ных микросхем более экономичным является использование груп­повых методов размещения интегральных микросхем в одном кор­пусе. Стандартный микроблок имеет размеры 200 х 25 мм. На та­ком микроблоке может разместиться до 100 интегральных микро­схем. Внутренние соединения микроблоков осуществляются с по­мощью печатного монтажа. Выводы изготовляются из кобальта, молибдена или вольфрама.

Кроме того, широко применяется герметизация интегральных микросхем пластмассой (рис. 3.15, в). Она позволяет резко сокра­тить затраты на герметизацию микросхем и упростить технологию их производства.

В настоящее время на производстве используется автоматизи­рованное оборудование, позволяющее выполнять следующие тех­нологические операции:

штамповку никелевых выводов в виде непрерывной ленты;

нанесение на выводы покрытия из золота для подсоединения кристалла полупроводниковой микросхемы;

герметизацию прибора пластмассой после подсоединения кри­сталла;

разрезание непрерывной ленты с герметизированными мик­росхемами на отдельные приборы.

Число выводов микросхемы может быть от трех до четырнад­цати (и выше) в зависимости от ее типа. Достаточно большое рас­стояние между осями выводов облегчает изготовление печатного монтажа, сверление отверстий в платах под штырьки и размеще­ние контактных площадок. Такое расположение выводов позволя­ет осуществлять автоматизацию сборки и монтажа микросхем с использованием многослойных печатных плат.

Относительно большие размеры корпусов микросхем облегча­ют как ручную, так и автоматическую сборку, хотя и приводят к небольшому увеличению габаритов аппаратуры. Методы гермети­зации различных элементов приведены в табл. 3.3.

Таблица 3.3

Методы герметизации различных элементов

Метод	Микроэлемент	Примечание
Пропитка	Микротрансформатор	Технологичный, наибо­лее распространенный. Использование ультра­звука позволяет сократить время пропитки
Заливка	Тоже	Требует использования минимального количест­ва оборудования и аппа­ратуры. Экономичен для небольших партий
Обволакивание	Резистор, конденсатор, трансформатор, катушки индуктивности в миниа­тюрном исполнении	Требует использования минимального количест­ва оборудования и аппа­ратуры
Опрессовка	Тоже	Наиболее экономичен для крупных партий
Заключение в металлический корпус	Резистор, конденсатор, катушка индуктивности в миниатюрном испол­нении, микромодули и микросхемы	Способствует повыше­нию эксплуатационных характеристик элементов и микросхем